Εικονική Πραγματικότητα Virtual reality

Παρουσίαση με θέμα: "Εικονική Πραγματικότητα Virtual reality"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Εικονική Πραγματικότητα Virtual reality
Ivan Sutherland about computer generated illusion: ”The screen is a window through which one sees a virtual world. The challenge is to make that world look real, act real, sound real, feel reel.”

2 Ορισμοί Ο άνθρωπος έψαχνε πάντα εμπειρίες σε εναλλακτικές, εικονικές πραγματικότητες, με παραδείγματα από το χώρο της λογοτεχνίας: την Αλίκη στη χώρα των θαυμάτων Ως εικονική πραγματικότητα (Virtual Reality, VR) ορίζεται ένα περιβάλλον βασισμένο σε υπολογιστή, ισχυρά αλληλεπιδραστικό, στο οποίο ο χρήστης γίνεται συμμέτοχος σε έναν «εικονικά πραγματικό» κόσμο. Πιο αφηρημένα, είναι μια διαδικασία η οποία δίνει τη δυνατότητα στο χρήστη να συμμετάσχει σε αφηρημένους χώρους όπου φυσική μηχανή και φυσικός παρατηρητής δεν υπάρχουν

3 Εικονική Πραγματικότητα
« Η χρήση της μοντελοποίησης και της προσομοίωσης μέσω υπολογιστικών συστημάτων προκειμένου να δώσει στον χρήστη την δυνατότητα να αλληλεπιδράσει με ένα τεχνητό τρισδιάστατο οπτικό περιβάλλον. Οι εφαρμογές της εικονικής πραγματικότητας εμβαπτίζουν τον χρήστη σε ένα υπολογιστικό περιβάλλον το οποίο προσομοιώνει την πραγματικότητα μέσω της χρήσης interactive συσκευών, οι οποίες στέλνουν και λαμβάνουν πληροφορία.» “Εγκυκλοπαίδεια Britannica”

4 Τί είναι η Εικ. Πρ. Η Εικονική Πραγματικότητα αποτελεί ουσιαστικά ένα interface υψηλού επιπέδου που περιλαμβάνει προσομοιώσεις πραγματικού χρόνου σε τρισδιάστατο χώρο και αλληλεπιδράσεις μέσα από πολλά κανάλια αισθήσεων. Συνήθως η εικονική πραγματικότητα περιγράφεται με τα τρία Ι -immersion, interaction, imagination (εμβύθιση, αλληλεπίδραση, φαντασία)- περιοριζόμενη από την ανθρώπινη φαντασία όσον αφορά στις εφαρμογές της. Θεωρούμενη ως ένα υπολογιστικό σύστημα, η βασική διάκρισή της από τα συμβατικά είναι ότι θέτει τον άνθρωπο στο κέντρο και οργανώνεται γύρω από τις αισθήσεις του. Το κύριο ερώτημα στο οποίο πρέπει να δίνονται απαντήσεις σε ένα σύστημα εικονικής πραγματικότητας, είναι ο τρόπος σχεδίασης μιας μηχανής συμβατής με το φυσικό τρόπο αντίληψης και δράσης του ανθρώπου.

5  η δυνητική πραγματικότητα
συνιστά ένα αισθητό κόσμo στoν oπoίo δεν αντιστoιχεί καμιά φυσική oντότητα, εκτός αυτής των πληρoφoριακών αρχείων και διαδραστικών αντικειμένων των πρoγραμμάτων μια πραγματικότητα που καθιστά τoν παρατηρητή ενεργό με τo βλέμμα και το σώμα του και όχι εξ’αιτίας μιας oθόνης και μιας γραφικής διασύνδεσης (interface)

6 Αλλαγή προοπτικής  μεταστροφή από τη θέαση στην εμπειρία
 η διασύνδεση είναι το ανθρώπινο σώμα και όχι κάποιο άλλο μέσο αφού το όλο σύστημα οικοδομείται γύρω από το ανθρώπινο σώμα που στην περίπτωση αυτή συνιστά το πραγματικό μέσο διασύνδεσης (interface) ανάμεσα στο χρήστη και τη μηχανή  αλλαγή στον τρόπο επαφής και διαχείρισης του χώρου η “δυνητική πραγματικότητα” μας πάει πoλύ μακριά, μεταφέρoντάς μας στην άλλη πλευρά της oθόνης, βυθίζoντάς μας μέσα σε ένα αισθητικo-κινητικό μπάνιo φανταστικών κόσμων  δυνητικό δεν σημαίνει φανταστικό η “δυνητική πραγματικότητα” δεν συνιστά ένα υπαρκτό αντικείμενο, αλλά μπορούμε να πούμε ότι υπάρχει σαν πραγματικό αποτέλεσμα

7 η έννοια του δυνητικού (vιrtuel)
περικλείει τρεις διακριτές έννοιες: την εμβύθιση (immersion) την αλληλεπίδραση (interaction) την πλοήγηση (navigation) τεχνικές που αφορούν τη φυσική καταβύθιση στην εικόνα με τη βοήθεια στερεοσκοπικών κρανών που προκαλούν την αίσθηση του ότι περνάμε “μέσα από τον καθρέπτη” υπάρχει μια άλλη μορφή καταβύθισης (διανοητική), η οποία συνίσταται στο να είμαστε μέσα στην εικόνα μέσω μιας πολυσύνθετης διαδικασίας της σκέψης

8 τα τρία «I» G. Burdea (University Rutgers) εγγράφει τη δυνητική πραγματικότητα σε ένα τρίγωνο με κορυφές τις τρεις θεμέλιες πτυχές της Καταβύθιση ή εμβύθηση φαντασία αλληλεπίδραση

9 Μια μικρή εισαγωγή στον κόσμο του Virtual Reality.
Ο ορός Virtual Reality, αρχικά είχε προέλθει από τον Jaron Lanier, που αποτελούσε και τον ιδρυτή της VPL Research το έτος Βέβαια, υπάρχουν και άλλες ορολογίες που αναφέρονται στο θέμα του Virtual Reality. Μερικές από αυτές είναι η Τεχνητή Πραγματικότητα (Artificial Reality ), που πρωτοεμφανιστηκε από τον Myron Krueger κατά την δεκαετία του 70, το Cyberspace που οφείλεται στον William Gibson το 1984, και η σχετικά πιο σύγχρονη είναι αυτή που ασχολείται με Virtual Words και Virtual Environments ( 1990 ).

10 Head Mounted Display ( HMD ).
Το Head Mounded Display, αποτελούσε την πρώτη συσκευή που είχε την ικανότητα να προμήθευε των χρήστη της, και πιο συγκεκριμένα αυτόν που την φοράει, με μια καταλυτική και βυθιστικη εμπειρία. Η πρώτη δοκιμή και επίδειξη έγινε το 1965 από τους Evans and Sutherland, οι οποίοι παρουσίασαν το Head Mounted Stereo Display. Χρειάστηκαν περισσότερα από 20 χρόνια, ώστε η VPL Research να παρουσιάσει το πρώτο εμπορικό πλέον HMD, που έμεινε γνωστό με το όνομα Eye phone ( 1989). Ένα τυπικό HMD, περιλαμβάνεται από 2 πολύ μικρές οθόνες προβολής και ένα οπτικό σύστημα το οποίο εκπέμπει τις εικόνες από τις οθόνες στα μάτια καταφέρνοντας να παρουσιάσει μια σταθερή όψη ενός κόσμου εικονικής πραγματικότητας. Επίσης, υπάρχει και ένας ανίχνευτης κινήσεως που συνεχώς μετράει την τοποθεσία και τον προσανατολισμό του κεφαλιού του χρήστη και που επιτρέπει να προσαρμόσει την εικόνα που αναπαράγεται από τον υπολογιστή ανάλογα με την βλέψη του χρήστη. Αυτό έχει σαν άμεσο αποτέλεσμα ο χρήστης να μπορεί να περιφέρεται μέσα στο καθορισμένο περιβάλλον της εικονικής πραγματικότητας. Για να ξεπεραστεί το εμπόδιο του μάλλον όχι και τόσο βολικού HMD κατασκευαστικών παράλληλα projects όπως είναι το Cave και το Boom.

11 Head Mounted Display ( HMD ).

12 Boom. Το Boom ( Binocular Omni – Orientation Monitor ) από τον Fakespase αποτελεί ένα head – coupled stereoscopic display device, με οθόνες και ένα οπτικό σύστημα που είναι τοποθετημένα μέσα σε ένα κουτί που είναι συνδεδεμένο με ένα multi – link arm. ο χρήστης κοιτάει μέσα από δυο τρύπες που βρίσκονται στο κουτί και βλέπει τον εικονικά πραγματικό κόσμο, και μπορεί να οδηγήσει το κουτί ουσιαστικά σε οποία θέση επιθυμεί ανάλογα βέβαια και με την λειτουργικότητα της συσκευής. Ο εντοπισμός της θέσεως του κεφαλιού γίνεται με την βοήθεια κατάλληλων αισθητήρων που βρίσκονται σε διάφορα καίρια σημεία στο χέρι που κρατάει το κουτί.

13 Cave System ( schematic principle ).
Το Cave ( Cave Automatic Virtual Environment ), έχει αναπτυχθεί και δημιουργηθεί από το Πανεπιστήμιο του Ιλλινοις στο Σικάγο και παρέχει την παραίσθηση της βύθισης με το να προβάλλει σταθερές εικόνες στον τοίχο και στο πάτωμα ενός κύβου που έχει τις διατάσεις δωμάτιου. Αρκετά άτομα με την χρησιμοποίηση των κατάλληλων ελαφρών stereo glasses μπορούν να εισέλθουν και να περπατήσουν ελεύθερα μέσα στην σπηλιά ( Cave ).

14 Συσκευές σύνδεσης και λοιπές τεχνολογίες.
Σήμερα, υπάρχει μια ποικιλία συσκευών όπως γάντια μεταφοράς δεδομένων ( data gloves ), joysticks, και hand – held wands που επιτρέπαν τον χρήστη να καθοδηγηθεί μέσα από έναν κόσμο εικονικής πραγματικότητας και να έρθει σε επαφή με εικονικά αντικείμενα. Ακόμα συσκευές διάφορων τύπων, όπως αναγνώρισης φωνής και tactile and force feedback και άλλες πολλές χρησιμοποιούνται ώστε να εμπλουτίσουν την εμπειρία βύθισης και να δημιουργήσουν πιο αληθοφανές καταστάσεις. Ένα γάντι μετάδοσης δεδομένων επιτρέπει την αλληλεπίδραση με τα τεκταινόμενα σε έναν κόσμο εικονικής πραγματικότητας.

15 Γ. Ξεχωριστά εικονικά περιβάλλοντα.
Στο παράδειγμα το οποίο ακολουθεί, τρεις χρήστες που βρίσκονται σε διαφορετικές περιοχές, καταφέρνουν μέσω του διαδικτύου να συναντηθούν στον ίδιο εικονικό κόσμο χρησιμοποιώντας μια Boom συσκευή, ένα Cave σύστημα και ένα Head Mounted Display. Όλοι οι χρήστες βλέπουν το ίδιο εικονικό περιβάλλον από την δίκια τους προσωπική σκοπιά. Κάθε χρήστης παρουσιάζεται σαν ένας εικονικός άνθρωπος στους υπόλοιπους συμμετέχοντες. Οι χρήστες μπορούν να δουν ο ένας τον άλλον και να αλληλεπιδρούν με τον εικονικό κόσμο σαν μια ομάδα.

16

17 Super Cockpit - Tom Furness

18 FakeSpace Boom Display - early 1990s

19 CAVE

20 Virtual Workbench-1995 (Responsive Workbench, Immersidesk, etc.)

21 VR Comes to the Public’s Attention
1987 Article by Jim Foley that features the VPL Data Glove

22 Effectiveness of computer-generated (VR) graded exposure in the treatment of acrophobia in American Journal of Psychiatry

23 Α. Virtual Reality και κατασκευές κτίριων.
Planning, Visualisation & Design

24 Virtual Reality και εμπόριο προϊόντων.

25 Virtual Reality στον τομέα της Ιατρικής.

26 Η συμβολή της εικονικής πραγματικότητας στην αντιμετώπιση φοβιών.
Η χρήση της εικονικής πραγματικότητας προσφέρει μια διαφορετική μέθοδο από άλλες τις άλλες. Ουσιαστικά επιτρέπει την έκθεση του ασθενή σε ένα εικονικό περιβάλλον που είναι πιο ασφαλές, λιγότερο αμήχανες και με λιγότερο κόστος από το να παρουσιάζουμε πραγματικές καταστάσεις άγχους. Έξαλλου μπορούν να δημιουργηθούν καταστάσεις που είναι δύσκολο να βρούμε στην καθημερινή ζωή και αναπαράγονται με τρόπο αληθοφανή και τρισδιάστατο. Ήδη κάποια πειράματα τα οποία έχουν γίνει έχουν αποδείξει ότι η χρήση της εικονικής πραγματικότητας στον τομέα της θεραπείας των φοβιών έχει φέρει αποτελέσματα και κυρίως στις υψοφοβίες, αραχνοφοβιες, αγοραφοβίες, κλειστοφοβίες και φοβίες που αφορούν την μετακίνηση με αεροπλάνο.. Παρακάτω ακολουθούν μερικά παραδείγματα εικονικών περιβαλλόντων που χρησιμοποιήθηκαν για την θεραπεία των διάφορων ειδών φοβίας.

27 Photo's of the two VR setups in Amsterdam (left) and in Delft (right).

28 Real and virtual mall.

29 Real and virtual firestairs

30 Virtual Reality και πολιτισμός

31

32 Virtual Reality στον τομέα της ηλεκτρονικής μάθησης
User interface of EVE-II,

33

34

35 A Beginner's Guide to Making Palace Avatars http://practice. chatserve

36

37 Κατηγορίες συστημάτων εικονικής πραγματικότητας
Επιτραπέζια συστήματα ΕΠ (DeskTop VR), που βασίζονται σε προσωπικούς υπολογιστές με δυνατότητα υποστήριξης εξειδικευμένων περιφερειακών πλοήγησης στον τρισδιάστατο εικονικό χώρο και χρήσης στερεοσκοπικών γυαλιών ή κράνους. Συστήματα εμβύθισης (Immersion VR), ευρύτερα γνωστά από δημοσιεύματα σε μαζικά μέσα ενημέρωσης. Σε αυτά ο χρήστης αποκόπτεται από τον πραγματικό κόσμο με τη χρήση κράνους (HMD - Head Mounted Display) στο οποίο προβάλλονται οι εικόνες του συνθετικού περιβάλλοντος. Συστήματα προσομοιωτών ή εξομοιωτών με χαρακτηριστικά παραδείγματα τους εξομοιωτές πτήσης. Συστήματα CAVE. Αποτελούνται από ένα δωμάτιο στους τοίχους, το δάπεδο και την οροφή του οποίου προβάλλονται εικόνες που αναπαριστούν απόψεις του εικονικού περιβάλλοντος. Ο χρήστης έχει τη δυνατότητα να βαδίζει στο δωμάτιο, και να έχει την αίσθηση της παρουσίας του στον εικονικό κόσμο.

38 Λειτουργικός διαχωρισμός των συστημάτων
παθητικές, όπου ο χρήστης απλά κινείται σε έναν εικονικό κόσμο που τον περιβάλλει, χωρίς τη δυνατότητα ελέγχου. εξερευνητικές, στις οποίες παρέχεται πλήρης ελευθερία πλοήγησης αλλά όχι επέμβαση στα δρώμενα. αλληλεπιδραστικές, στις οποίες παρέχεται στο χρήστη η δυνατότητα για αλληλεπίδραση με αντικείμενα του εικονικού περιβάλλοντος.

39 Βασικές λειτουργίες του VR λογισμικού
Δημιουργία σχημάτων, δομών, αντικειμένων, καταλόγων (menu). Απόδοση υφής, χρώματος, κίνησης στα αντικείμενα. Δημιουργία εικονικών κόσμων για την τοποθέτηση και χειρισμό των αντικειμένων. Τοποθέτηση φωτισμού και συναφών χαρακτηριστικών. Δημιουργία δυναμικών χαρακτηριστικών και φυσικών ιδιοτήτων και απόδοσή τους στα αντικείμενα. Δημιουργία ήχων. Καθορισμός τρόπων επικοινωνίας του χρήστη με τις κατάλληλες διασυνδέσεις. Σύνδεση περιφερειακών συσκευών εισόδου – εξόδου.

40 Πότε η ΕΠ ενδείκνυται να χρησιμοποιείται
Η χρήση με πραγματικά αντικείμενα είναι επικίνδυνη. Λάθη στη χρήση μπορεί να αποβούν καταστροφικά. Η χρήση της πραγματικότητας είναι αδύνατη ή απαγορευτική. Η αλληλεπίδραση με το εικονικό περιβάλλον προσφέρει περισσότερα κίνητρα από ότι αυτή με το πραγματικό αντικείμενο. Περιβάλλοντα μπορούν να υπάρξουν μόνο σε υπολογιστή. Η εμπειρία από την δημιουργία ή και το χειρισμό μοντέλων είναι σημαντική.

41 Παραδείγματα Στην Ελλάδα επιστημονική έρευνα στον τομέα της ΕΠ:
Το Εργαστήριο Ανάπτυξης Εκπαιδευτικού Λογισμικού του Τμήματος Μαθηματικών του Πανεπιστημίου Πατρών, το εργαστήριο εφαρμογών εικονικής πραγματικότητας στην εκπαίδευση του Παιδαγωγικού Τμήματος Δ. Ε. του Πανεπιστημίου Ιωαννίνων. Χρήστος Μπούρας, Τμήμα Μηχανικών Η/Υ και Πληροφορικής, υπεύθυνος της Ερευνητικής Μονάδας 6 στο ΕΑΙΤΥ

42 Παραδείγματα (2) Το παράδειγμα αφορά στη γεωργική τεχνολογία, η οποία προσεγγίζεται διαχρονικά από την προϊστορική περίοδο μέχρι και σήμερα

43 Παραδείγματα Ένα εικονικό laser, με στόχο τη μελέτη της φυσικής των lasers από φοιτητές και παρέχει ένα περιβάλλον ελεύθερης πλοήγησης και δράσης. Ο χρήστης έχει τη δυνατότητα να περιεργαστεί τα τρισδιάστατα εικονικά εξαρτήματα που αποτελούν μια συσκευή laser, να τα χρησιμοποιήσει κατάλληλα, να συναρμολογήσει τη συσκευή, να τη θέση σε λειτουργία και να μελετήσει τις συνθήκες λειτουργίας της. Οι δραστηριότητες γίνονται σε ένα επιτραπέζιο σύστημα εικονικής πραγματικότητας και με φυσιολογικούς χειρισμούς του χρήστη. Με ένα γάντι δεδομένων στο δεξί του χέρι, ο χρήστης περιηγείται στο εικονικό εργαστήριο και με κινήσεις του χεριού του πιάνει και μεταφέρει τα αντικείμενα για το στήσιμο της συσκευής

44 Παραδείγματα

45 Παραδείγματα- VisionDome
a fully immersive 180 degree hemispheric screen. The tilted screen is positioned so as to fill the users’ field-of-view, creating an incredible sense of immersion. Users experience vivid images which take on depth via the unique optical system. The VisionDome is further enhanced by an environmental sound system. Users of the VisionDome do not have to wear head mounted displays, stereo glasses, or other restrictive devices.

46 Παραδείγματα- VisionDome

47 Παραδείγματα - CAVE CAVE © Usage

48

49 Ίδρυμα Μείζονος Ελληνισμού
Το IME είναι ο μοναδικός οργανισμός στον κόσμο που αξιοποιεί την τεχνολογία της Eικονικής Πραγματικότητας για θέματα πολιτισμού, δημιουργώντας προγράμματα εκπαιδευτικού και ψυχαγωγικού χαρακτήρα που απευθύνονται στο ευρύ κοινό. Στα δύο πρωτοποριακά συστήματα «Kιβωτός» και «Mαγική Oθόνη» οι επισκέπτες, φορώντας ειδικά στερεοσκοπικά γυαλιά και χρησιμοποιώντας μία μικρή συσκευή πλοήγησης, συμμετέχουν σε εικονικά ταξίδια και εξερευνούν, ανακαλύπτουν και βιώνουν το χώρο και την ιστορία. H «Kιβωτός» είναι ένα σύστημα Eικονικής Πραγματικότητας που έχει σχεδιαστεί στο πρότυπο της τεχνολογίας CAVE. Πρόκειται ουσιαστικά για ένα δωμάτιο διαστάσεων 3X3X3 μέτρα, όπου το πάτωμα και οι τοίχοι αποτελούν οθόνες προβολής. Oι επισκέπτες της «Kιβωτού», φορώντας ειδικά, στερεοσκοπικά γυαλιά, που τους δίνουν τρισδιάστατη αίσθηση του χώρου, περιηγούνται τόπους της πολιτιστικής μας κληρονομιάς. Η «Μαγική Οθόνη», μια μεγάλη φωτεινή οθόνη σε σχήμα σχεδιαστικού τραπεζιού, αποτελεί το πρώτο έκθεμα Εικονικής Πραγματικότητας στην Ελλάδα. Η «Μαγική Οθόνη», ή αλλιώς σύστημα ImmersaDesk, έχει πλάτος 1,5 και ύψος 1,2 μέτρα. Το μέγεθος και η κεκλιμένη θέση της δίνουν τη δυνατότητα ευρυγώνιας οπτικής σε έξι περίπου άτομα, που με τη βοήθεια ειδικών γυαλιών και μιας συσκευής πλοήγησης μπορούν να αλληλεπιδράσουν με την ψηφιακή εικόνα που προβάλλεται στην οθόνη

50 Ίδρυμα Μείζονος Ελληνισμού

51 Παραδείγματα– Magic Book
A Magic Book looks like a regular storybook with colorful pages and simple text. When readers look at the same pages wearing lightweight head mounted displays (HMD), the pictures pop off the page and come to life as three-dimensional animated virtual scenes. By touching a switch on the HMD, readers can fly into the virtual scene and freely explore the immersive environment. Several readers can gather around a single Magic Book and experience it together. Wearing HMDs, each reader can view AR scenes from their own perspective or fly into the immersive world and see each other represented as avatars in the same virtual scene. Unlike other interfaces, the MagicBook allows people to easily move between a purely physical to purely virtual interface. For example, in the anatomical text book of the future readers may be able to see a virtual 3D animated model of the heart floating above the page with text that describes how the heart works.

52 Παραδείγματα (7b) – Magic Book
Human Interface Technology Laboratory (HIT Lab) at the University of Washington

53 Παραδείγματα (7c) – Magic Book

54 CyberMath, http://www.nada.kth.se/~gustavt/cybermath/
An avatar is using the laser pointer to point to a geometric object in the DIVE version of CyberMath

55 CyberMath The exhibit hall (Wasa version).

56 Distributed Interactive Virtual Environment (DIVE )

57

58 Video shared in a Community Space
Conferences find new audiences through video feeds

59 Music shared in a Community Space
Conferences find new audiences through video feeds

60 “Machinima” – www.bellsandspurs.com
Movies created in a Community Space Conferences find new audiences through video feeds “Machinima” –

61 Conferences extended into a Virtual Community Space
Conferences find new audiences through video feeds

62 Conferences extended into a Virtual Community Space
Conferences find new audiences through video feeds

63 Conferences extended into a Virtual Community Space
“I’m still working on my slides.” “Yeah…me too.” Conferences find new audiences through video feeds

64 Second Life Second Life has notable competitors, including Active Worlds, There, and newcomers such as Entropia Universe, Dotsoul Cyberpark, Red Light Center, and Kaneva.