Εικονική ή Δυνητική Πραγματικότητα

“Ένα αλληλεπιδραστικό, τρισδιάστατο περιβάλλον, φτιαγμένο από υπολογιστή, στο οποίο μπορεί κάποιος να εμβυθιστεί”. αυτός είναι ο ορισμός που έδωσε ο πατέρας του όρου Jaron Lanier το 1989. Ο Lanier είναι ένας από τους πρωτοπόρους της Εικονικής Πραγματικότητας και ιδρυτής της εταιρείας VPL Research (από τη φράση Virtual Programming Languages) η οποία ανέπτυξε μερικά από τα πρώτα συστήματα τη δεκαετία του 1980. Το 1985 ο ερευνητής Jaron Lanier παρουσίασε για πρώτη φορά στο Scientific American τον όρο Virtual Reality. Από εκεί και έπειτα, δόθηκαν ποικίλοι ορισμοί:

«Η Εικονική Πραγματικότητα, αποτελεί ένα όρο που έχει γίνει πρόσφατα γνωστός αλλά και από τους πλέον διαδεδομένους στο χώρο των υπολογιστών, ο οποίος μεταφέρει το χρήστη ή τους χρήστες, σε ένα συνθετικό, τεχνητό, εικονικό και φτιαγμένο από υπολογιστή περιβάλλον.» M.Krueger (1991)

«Αλληλεπιδραστικά γραφικά πραγματικού χρόνου (real-time) με τρισδιάστατα μοντέλα, συνδυασμένα με μια τεχνολογία απεικόνισης η οποία δίνει τη δυνατότητα στο χρήστη για εμβύθιση στον μοντελοποιημένο κόσμο και τη δυνατότητα για απευθείας χειρισμό.» Fuchs, H. Bishop, et al. (1992)

«Η ψευδαίσθηση της συμμετοχής σε ένα συνθετικό περιβάλλον αντί για την εξωτερική παρατήρηση ενός τέτοιου περιβάλλοντος. Η Εικονική Πραγματικότητα βασίζεται σε τρισδιάστατες, στερεοσκοπικές μονάδες απεικόνισης, με ανιχνευτή της κίνησης του κεφαλιού, του χεριού ή του σώματος και στερεοσκοπικό ήχο. Η Εικονική Πραγματικότητα είναι μια εμπειρία εμβύθισης που χρησιμοποιεί όλες τις αισθήσεις.» Gigante, M. (1993)

«Η Εικονική Πραγματικότητα αναφέρεται σε αλληλεπιδραστικά, πολυ-αισθητικά, βασισμένα στη όραση, τρισδιάστατα, περιβάλλοντα εμβύθισης, δημιουργημένα από υπολογιστή, καθώς και ο συνδυασμός των τεχνολογιών που απαιτούνται για την ανάπτυξη τέτοιων περιβαλλόντων.» Cruz-Neira, C. (1993)

«Μπορεί να οριστεί σαν ένας νέος τρόπος επικοινωνίας μεταξύ ανθρώπου και μηχανής. Ένα από τα χαρακτηριστικά του είναι η υιοθέτηση συσκευών απεικόνισης και αλληλεπίδρασης των ανθρώπινων αισθήσεων. Στερεοσκοπικά συστήματα απεικόνισης, δίνουν τη εντύπωση πραγματικής χωρικής αντίληψης των τρισδιάστατων εικόνων οι οποίες παράγονται από τον υπολογιστή. Επιπλέον, η αίσθηση του ότι είσαι εμβυθισμένος σε ένα εικονικό περιβάλλον, δυναμώνει με τη χρήση συσκευών όπως το γάντι (data glove), το οποίο επιτρέπει πιο φυσική και ενστικτώδη απευθείας αλληλεπίδραση.» Ellis, S. R. (1994)

«Ένα υπολογιστικό σύστημα το οποίο χρησιμοποιείται για τη δημιουργία εικονικών κόσμων, στους οποίους ο χρήστης έχει την εντύπωση της ύπαρξης του σε αυτούς και επιπλέον έχει την ικανότητα να πλοηγηθεί και να χειριστεί τα αντικείμενά τους.» C.Manetta, & Blade R. (1995)

«Η Εικονική Πραγματικότητα είναι τα από τον υπολογιστή φτιαγμένα, τρισδιάστατα, εξομοιωμένα περιβάλλοντα τα οποία απαντώνται σε πραγματικό χρόνο (real-time), καθώς τα διαχειρίζεται ο χρήστης.» Mills, S., Noyes, J. (1999)

«Βασικά είναι μία διεπαφή, η οποία συνδυάζει διαφορετικά τεχνικά συστήματα με σκοπό να δώσει τη δυνατότητα στον χρήστη να αλληλεπιδράσει σε πραγματικό χρόνο με μία εφαρμογή για την απεικόνιση (visualization), την περιγραφή της κίνησης (animation), την παραγωγή (generation) και την μεταβολή (modification) τρισδιάστατων δεδομένων, δημιουργημένων από υπολογιστή τα οποία βλέπει στερεοσκοπικά. Ένας όρος που περικλείει τα πάντα και περιγράφει την τεχνολογία και όλο το πεδίο γενικότερα.» VIEW of the future Project (2001)

«Η εξομοίωση ενός πραγματικού ή φανταστικού περιβάλλοντος, το οποίο μπορεί να το βιώσει ο χρήστης οπτικά στις τρεις διαστάσεις του πλάτους, ύψους και βάθους και το οποίο μπορεί επιπροσθέτως να παρέχει μια αλληλεπιδραστική οπτική εμπειρία με κίνηση σε πραγματικό χρόνο (real-time) με ήχο και πιθανώς και απτικές ή άλλες μορφές ανάδρασης.» Whatis.com full reference (2003)

«Ένα μέσο το οποίο αποτελείται από αλληλεπιδραστικές εξομοιώσεις με υπολογιστή, οι οποίες ‘αισθάνονται’ την θέση και τις ενέργειες του χρήστη, και αντικαθιστούν ή επαυξάνουν την ανάδραση σε μία ή παραπάνω αισθήσεις, δίνοντας το αίσθημα της πνευματικής εμβύθισης ή παρουσίας στην εξομοίωση (ένας εικονικός κόσμος).» Sherman, W. R., Craig, A., B. (2003)

Από τότε τα συστήματα εικονικής πραγματικότητας όπως αποδόθηκε ο όρος στα ελληνικά έχουν περάσει από πολλά στάδια. Τελευταία στην επιστημονική κοινότητα αποφεύγεται η χρήση του όρου Εικονική Πραγματικότητα λόγω της αντιφατικότητάς του και χρησιμοποιείται ο όρος Εικονικό Περιβάλλον, Virtual Environment στα αγγλικά, (αγγλική συντομογραφία VE).

Η Εικονική Πραγματικότητα χρησιμοποιεί ηλεκτρονικούς υπολογιστές, για να δημιουργήσει και να προσομοιώσει υπαρκτά ή μη περιβάλλοντα, από τα οποία ο χρήστης έχει την ψευδαίσθηση ότι περιβάλλεται και στα οποία μπορεί να κινηθεί ελεύθερα, αλληλεπιδρώντας παράλληλα με τα αντικείμενα που περιλαμβάνουν, όπως θα έκανε και στον πραγματικό κόσμο. Για να είναι όσο πιο πετυχημένη γίνεται η εμβύθιση ενός χρήστη σε ένα περιβάλλον Εικονικής Πραγματικότητας, είναι σημαντικό να απομονωθεί ο χρήστης και οι αισθήσεις του από το πραγματικό κόσμο, επικαλύπτοντας τα ερεθίσματα του πραγματικού κόσμου με αντίστοιχα εικονικά, φτιαγμένα από το σύστημα της Εικονικής Πραγματικότητας.

Από τις εφτά αισθήσεις, οι πιο σημαντικές κατά φθίνουσα σειρά είναι η όραση, η ακοή και η αφή. Έτσι είναι πρωταρχικής σημασίας ένα σύστημα Εικονικής Πραγματικότητας να παρέχει στερεοσκοπική εικόνα, δηλαδή δύο εικόνες από διαφορετική οπτική γωνία, μία για κάθε μάτι του χρήστη, έτσι ώστε να δημιουργηθεί η αίσθηση του βάθους στο χώρο.

Παράλληλα η ύπαρξη στερεοσκοπικού ήχου βοηθάει το χρήστη να κατανοεί τι γίνεται γύρω του στον εικονικό χώρο που τον περιβάλλει με πολύ φυσικό τρόπο, ενώ ταυτόχρονα αποκλείει τον χρήστη από τους ήχους του πραγματικού κόσμου, οι οποίοι θα μπορούσαν να καταστρέψουν την εικονική του εμπειρία. Τέλος η αφή, μπορεί να χρησιμοποιηθεί με κατάλληλες συσκευές είτε για να μπορεί ο χρήστης να νιώθει τον κόσμο, π.χ. να ακουμπά ένα αντικείμενο και να νιώθει αντίσταση, είτε για να καθοδηγήσουμε το χρήστη διευκολύνοντας τον στην εκτέλεση κάποιων συγκεκριμένων ενεργειών, π.χ. μοντελοποίηση τρισδιάστατων αντικειμένων.

Αν όλα τα παραπάνω συνδυαστούν και με την ανίχνευση των κινήσεων του χρήστη με κατάλληλες συσκευές ανίχνευσης, έτσι ώστε το εικονικό περιβάλλον να συμπεριφέρεται όπως και το πραγματικό, τότε η όλη εμπειρία που θα αποκτήσει ο χρήστης μπορεί να είναι άκρως ρεαλιστική. Πρόκειται για ένα είδος τεχνολογίας που ξεκίνησε από στρατιωτικές εφαρμογές, πέρασε στα ερευνητικά εργαστήρια και σταδιακά σε άλλες εφαρμογές. Η Εικονική Πραγματικότητα (ΕΠ, Virtual Reality, VR) αποτελεί τη μεγάλη ιδέα της δεκαετίας του 1990. Έχει ήδη αλλάξει τον τρόπο με τον οποίο σκεπτόμαστε και έχει εισχωρήσει στη λαϊκή κουλτούρα. Ασχολείται με την ανάπτυξη συστημάτων που ξεγελούν τις ανθρώπινες αισθήσεις και απαιτεί τη σύνθεση πολλών ερευνητικών προσεγγίσεων.

Η Εικονική Πραγματικότητα είναι η εξέλιξη στο περιβάλλον διεπαφής του υπολογιστή, επιδιώκοντας να αξιοποιήσει την πλήρη ελευθερία στην πλοήγηση με φυσιολογικούς χειρισμούς, καθώς και με την εμπλοκή των αισθήσεων του χρήστη. Με άλλα λόγια ως Εικονική Πραγματικότητα ορίζεται ένα περιβάλλον βασισμένο σε υπολογιστή, ισχυρά αλληλεπιδραστικό, στο οποίο ο χρήστης γίνεται συμμέτοχος σε έναν “εικονικά πραγματικό” κόσμο. Πιο αφηρημένα, είναι μια διαδικασία η οποία δίνει τη δυνατότητα στο χρήστη να συμμετάσχει σε αφηρημένους χώρους όπου φυσική μηχανή και φυσικός παρατηρητής δεν υπάρχουν.

Η κατανόηση του όρου απαιτεί το διαχωρισμό του ορισμού από τον τρόπο διασύνδεσης με τον οποίο ο χρήστης αλληλεπιδρά με την εικονική πραγματικότητα. Είναι μια μεθοδολογία και όχι μια εφαρμογή διασύνδεσης που χρησιμοποιείται για την αλληλεπίδραση με την εικονική πραγματικότητα ή εικονικό κόσμο (virtual world).

Εικονική Πραγματικότητα ή Εικονικός Κόσμος

Τη γνωρίζουμε μόνο μέσα από τις ταινίες. Χολιγουντιανές παραγωγές τη χρησιμοποιούν, προκειμένου να μας μεταφέρουν σε φανταστικά περιβάλλοντα. Μέσα από τα ειδικά εφέ και προγράμματα υπολογιστών, ο υπάρχων χώρος και χρόνος φαίνεται πως δεν έχει πια καμία σημασία. Κι όμως, πέρα από το θέαμα, η εικονική πραγματικότητα κρύβει μια επιστημονική και τεχνολογική ανάπτυξη που μπορεί να εφαρμοστεί σε μια τεράστια γκάμα τομέων.

Η Εικονική Πραγματικότητα είναι μια νέα και πρωτοποριακή τεχνολογία που μας δίνει τη δυνατότητα, μέσα από τις εφαρμογές της, να βιώσουμε αφηρημένες έννοιες και ιδέες, να επισκεφτούμε χώρους που είναι απρόσιτοι ή δεν υπάρχουν πια και να εξετάσουμε αντικείμενα από διαφορετικές και πρωτόγνωρες οπτικές γωνίες. Η Εικονική Πραγματικότητα αποτελεί μέχρι σήμερα τόπο αναφοράς τόσο της επιστημονικής φαντασίας όσο και εξειδικευμένων εφαρμογών. Η τεχνολογία της εικονικής πραγματικότητας πρόκειται για μια τεχνολογία που χρησιμοποιεί τους υπολογιστές για να μας δημιουργεί πολύ πειστικές ψευδαισθήσεις.

Συνήθως η εικονική πραγματικότητα περιγράφεται με τα τρία I, immersion, interaction, imagination (εμβύθιση, αλληλεπίδραση, φαντασία), περιοριζόμενη από την ανθρώπινη φαντασία όσον αφορά στις εφαρμογές της. Στις πρώτες εφαρμογές η εικονική πραγματικότητα περιορίστηκε σε συναρπαστικά παιχνίδια, γρήγορα όμως βρήκε το δρόμο της μέσα στα εκπαιδευτικά προγράμματα του στρατού, όπως στην εκπαίδευση πιλότων και αστροναυτών, στην αντιμετώπιση εξαιρετικά δύσκολων καταστάσεων χωρίς κίνδυνο. Σήμερα τα προγράμματα VR διευρύνουν τη χρήση τους, καθώς το κόστος του εξοπλισμού πέφτει ταχύτατα.

Η εικονική ή αλλιώς δυνητική πραγματικότητα είναι ήδη εδώ.

Μπορείτε να βρείτε και να εξερευνήσετε πολλούς εικονικούς κόσμους στο Internet ή με εξειδικευμένα μηχανήματα δημιουργίας τέτοιων παρουσιάσεων. Μπορείτε να περπατήσετε στο εσωτερικό ενός τεράστιου υπολογιστή, να εξερευνήσετε γκαλερί τέχνης, να επισκεφθείτε το διάστημα, να εξερευνήσετε τον ανθρώπινο εγκέφαλο και πολλά άλλα. Χρησιμοποιείται και για άλλα πράγματα πλην της δημιουργίας κόσμων τους οποίους μπορούν οι χρήστες να επισκεφθούν. Για παράδειγμα έχει χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία απόψεων του εγκεφάλου και των μορίων. Έχει χρησιμοποιηθεί από αστρονόμους για την παρουσίαση της περιστροφής του μορίων των αερίων ενός γαλαξία τα οποία δημιουργούν τα άστρα. Η δυνητική ή εικονική πραγματικότητα μπορεί θεωρητικά να χρησιμοποιηθεί για πράγματα που σήμερα κανένας δεν μπορεί να φανταστεί.

Δυνατότητες που παρέχει η εικονική πραγματικότητα:
> αναπαραγωγή της πραγματικότητας τρισδιάστατα, με εκπληκτικό και άγνωστο μέχρι τώρα ρεαλισμό.
> δυσδιάκριτα τα όρια του πραγματικό με το φανταστικό.
> απίθανες φαντασμαγορίες σε μια κούρσα ταχύτητας ανάμεσα στην πραγματικότητα και το υπερφυσικό.

Η Εικονική Πραγματικότητα στην Επιστημονική Φαντασία

Πολλά βιβλία και ταινίες επιστημονικής φαντασίας δημιούργησαν χαρακτήρες «παγιδευμένους στην Εικονική Πραγματικότητα». Η πρώτη σύγχρονη δουλειά που χρησιμοποίησε αυτή την ιδέα είναι η νουβέλα Simulacron-3 γραμμένη από τον Daniel F. Galouye, η οποία χρησιμοποιήθηκε στη Γερμανία για το σενάριο της τηλεοπτικής σειράς Welt am Draht (Ο κόσμος σε ένα Σύρμα). Η πρώτη ταινία μαζικής αποδοχής του Χόλιγουντ που εξερευνούσε αυτή την ιδέα ήταν η ταινία Τρον του Στίβεν Λίσμπεργκερ.

Στη συνέχεια ακολούθησαν οι ταινίες Ολική Επαναφορά (1990), Ο μνημονικός Τζόνι (1992), Επαφές μιας ξεχωριστής πραγματικότητας (Lawnmower man, 1992), Το δέκατο τρίτο πάτωμα 1999 και eXistenZ 1999 του Ντέιβιντ Κρόνενμπεργκ. Οι πιο γνωστές ταινίες όμως με αναφορά στην Εικονική Πραγματικότητα είναι οι ταινίες των αδερφών Γουατσόφσκι, Μάτριξ (1999), The Matrix Reloaded (2003) και The Matrix Revolutions (2003).

Η κωμωδία National Lampoon’s Last Resort ήταν σημαντική στο ότι παρουσίαζε την Εικονική Πραγματικότητα και την πραγματικότητα να αλληλοκαλύπτονται, και μερικές φορές να είναι δύσκολο να τις ξεχωρίσεις. Επίσης, η βρετανική κωμωδία Red Dwarf για πολλά επεισόδια χρησιμοποιούσε την ιδέα ότι η ζωή (ή τουλάχιστον η ζωή της σειράς αυτής) είναι ένα παιχνίδι Εικονικής Πραγματικότητας. Αυτή η ιδέα χρησιμοποιήθηκε επίσης και στο Spy Kids 3-D: Game Over. Το. Hack επικεντρώνεται γύρω από ένα παιχνίδι Εικονικής Πραγματικότητας.

Ωστόσο, στην πραγματικότητα είναι εύκολο να διακρίνεις την Εικονική Πραγματικότητα από την πραγματικότητα. Οι εικόνες δεν είναι ιδιαίτερα ρεαλιστικές, υπάρχει χρονική καθυστέρηση στην ανταπόκριση του συστήματος στις κινήσεις του χρήστη και επιπλέον τις περισσότερες φορές αισθήσεις όπως η αφή, η οσμή και η γεύση δεν δέχονται ερεθίσματα από τον εικονικό κόσμο.

Άλλα βιβλία επιστημονικής φαντασίας έχουν προάγει την Εικονική Πραγματικότητα σαν μια μερική αντικατάσταση της δυστυχίας της πραγματικότητας, με την έννοια ότι ένας άπορος στον πραγματικό κόσμο μπορεί να είναι βασιλιάς σε ένα σύστημα Εικονικής Πραγματικότητας, ή σαν ένα τρόπο για την δημιουργία φαντασμαγορικών εικονικών κόσμων στους οποίους οι άνθρωποι ζουν, παίζουν και κοινωνικοποιούνται. Ένα από τα καλύτερα παραδείγματα και των δύο ιδεών είναι η νουβέλα του Νιλ Στίβενσον με τον τίτλο Snow Crash. Ωστόσο, το 2003, ο Στίβενσον παραδέχτηκε στο περιοδικό Wired ότι το Snow Crash ήταν μια “αποτυχημένη προφητεία».

Στο παιχνίδι ρόλων Mage: The Ascension, υπάρχει μια μυστική μαγική κοινότητα με το όνομα Virtual Adepts η οποία παρουσιάζεται ότι δημιούργησε την Εικονική Πραγματικότητα. Ο απόλυτος στόχος αυτής της κοινότητας είναι η μετακίνηση τους στην Εικονική Πραγματικότητα, αλλάζοντας το πραγματικό τους σώμα με ένα καλύτερο εικονικό.

Στο «Westworld» του HBO η πραγματικότητα είναι πιο τρομακτική από τη φαντασία! Ριμέικ της ομώνυμης ταινίας του 1973, το «Westworld» γίνεται τηλεοπτική σειρά σε σενάριο και σκηνοθεσία του Τζόναθαν Νόλαν και υπόσχεται μια εφιαλτική βόλτα (με άλογα) στο μέλλον. Πρωταγωνιστούν ο Αντονι Χόπκινς, η Ιβαν Ρέιτσελ Γουντ, ο Τζέιμς Μάρσντεν, η Τάντι Νιούτον, ο Ροντρίγκο Σαντόρο, ο Εντ Χάρις, ενώ το ίδιο το κανάλι περιγράφει τη σειρά ως μια «σκοτεινή οδύσσεια για την αυγή της τεχνητής νοημοσύνης και το μέλλον της αμαρτίας». Και όπως φαίνεται καθαρά στην σειρά, τα όρια ανάμεσα στην πραγματικότητα και τη φαντασία παραμένουν δυσδιάκριτα όσο και τρομακτικά.

Η Εικονική Πραγματικότητα στην Εκπαίδευση

Εικονική πραγματικότητα είναι η τεχνολογία της πιο προηγμένης εκμάθησης παγκοσμίως. Ένας νέος τρόπος να διδαχθούν οι σπουδαστές στο χώρο μέσα στον οποίο βρίσκονται προσθέτοντας έναν νέο χώρο που δεν αλληλεπιδρά με την πραγματικότητα. Αναφέρεται και ως: «Εικονικά Περιβάλλοντα», «Συστήματα Εικονικών Περιβαλλόντων», «Εικονικοί Κόσμοι». Επιτρέπει στους σπουδαστές το βήμα μέσω της οθόνης υπολογιστών στους τρισδιάστατους, διαλογικούς κόσμους. Χρησιμοποιώντας την εικονική πραγματικότητα στα σχολεία αλλάζει η φύση και η πορεία για το πώς τα παιδιά μαθαίνουν. Έτσι οι σπουδαστές δεν κάθονται πλέον αδρανείς, αλλά τους παρέχετε μια πρωτοφανή πιθανότητα να εξερευνήσουν το μάθημα τούς όπως ποτέ πριν.

Η σπουδαιότητα της εικονικής πραγματικότητας ιδιαίτερα στην εφαρμογή της στην εκπαιδευτική θεωρία και πράξη διαφαίνεται από το διαχωρισμό του τεχνολογικού από τον εννοιολογικό (conceptual) προσανατολισμό της. Υπάρχει μεγάλη διαφορά της εννοιολογικής θεώρησης της ΕΠ ως ένα νοητικό φαινόμενο το οποίο υλοποιείται με κάποια συγκεκριμένη τεχνολογία, από την τεχνολογική της θεώρηση που ρίχνει το βάρος στις χρησιμοποιούμενες τεχνολογίες. Κατά την εννοιολογική θεώρηση η σχεδίαση και ανάπτυξη ενός συστήματος εικονικής πραγματικότητας για εκπαιδευτικές εφαρμογές εστιάζει στις γνωστικές, πνευματικές, κοινωνικές και συναισθηματικές διεργασίες του μαθητή.

Η εικονική πραγματικότητα επεκτείνει τις δυνατότητες της διδασκαλίας με τη βοήθεια υπολογιστή. Συχνά το εικονικό περιβάλλον αποτελείται από προσομοιώσεις που υπερβαίνουν τους συνήθεις τρόπους αλληλεπίδρασης του χρήστη με τη μηχανή και περιλαμβάνει την αίσθηση του χρήστη ότι συμμετέχει στο προσομοιωμένο περιβάλλον. Ο χρήστης χειρίζεται τα αντικείμενα και τα γεγονότα του εικονικού κόσμου με τρόπο που δεν προσφέρουν οι τυπικές προσομοιώσεις σε περιβάλλοντα CA1 (Computer Assisted Instruction, διδασκαλία υποστηριζόμενη από υπολογιστή).

Η μεγάλη διαφορά ενός συστήματος ΕΠ από έναν υπολογιστή και παραδοσιακά συστήματα CAI είναι ότι ο υπολογιστής επεκτείνει το ανθρώπινο νευρικό σύστημα, το οποίο όμως δεν είναι ένας επεξεργαστής συμβόλων αλλά μια γεννήτρια πραγματικότητας. Στο τελευταίο προσανατολίζεται η ΕΠ τουλάχιστον στο επίπεδο διασύνδεσης και επικοινωνίας του ανθρώπου με τη μηχανή. Ο χρήστης εισέρχεται και συμμετέχει στον εικονικό κόσμο που έχει ιδιότητες και λειτουργεί ως πραγματικός. Κάθε εικονικό περιβάλλον που στοχεύει στην εκπαίδευση χαρακτηρίζεται ως Εκπαιδευτικό Εικονικό Περιβάλλον (Virtual Learning Environment).

Τα εικονικά περιβάλλοντα διακρίνονται σε συστήματα εμβύθισης (immersive) όπου ο χρήστης με τον κατάλληλο εξοπλισμό (στερεοσκοπικά κράνη, γάντια δεδομένων) αποκόπτεται από τον πραγματικό κόσμο και εμβυθίζεται στον εικονικό, και σε συστήματα – παράθυρα στον εικονικό κόσμο όπου τα εικονικά περιβάλλοντα αναπαριστάνονται στην οθόνη του υπολογιστή. Λειτουργικά, οι εφαρμογές της εικονικής πραγματικότητας διαχωρίζονται σε παθητικές όπου ο χρήστης περιηγείται στον εικονικό κόσμο που τον περιβάλλει χωρίς να τον ελέγχει, σε εξερευνητικές στις οποίες ο χρήστης έχει πλήρη ελευθερία κινήσεων χωρίς όμως τη δυνατότητα επέμβασης στα δρώμενα, και στις αλληλεπιδραστικές όπου υπάρχει η δυνατότητα για αλληλεπίδραση με τα εικονικά αντικείμενα και μεταβολή των εικονικών περιβαλλόντων. Τα κύρια πάντως χαρακτηριστικά της εικονικής πραγματικότητα που τη διακρίνουν και ως εκπαιδευτικό εργαλείο είναι κοινά σε όλες τις κατηγορίες συστημάτων. Πλήρης ελευθερία κίνησης και αλληλεπίδραση με το εικονικό περιβάλλον σε πραγματικό χρόνο (όπου η μηχανή και η εφαρμογή το επιτρέπουν) και πρώτου προσώπου οπτική γωνία του χρήστη.

Η προσφορά της ΕΠ στην εκπαιδευτική διαδικασία συνοψίζεται στις παρακάτω δυνατότητες της:
* Εξερεύνηση υπαρκτών αντικειμένων και χώρων στους οποίους δεν υπάρχει προσπέλαση από τους μαθητές.
* Μελέτη πραγματικών αντικειμένων αδύνατο να κατανοηθούν διαφορετικά εξαιτίας του μεγέθους, της θέσης, ή των ιδιοτήτων τους.
* Δημιουργία περιβαλλόντων και αντικειμένων με διαφορετικές από τις γνωστές ιδιότητες.
* Δημιουργία και χειρισμός αφηρημένων αναπαραστάσεων.
* Αλληλεπίδραση με εικονικά αντικείμενα.
* Αλληλεπίδραση με πραγματικούς ανθρώπους σε μακρινές φυσικές θέσεις ή φανταστικούς τόπους με πραγματικούς ή μη τρόπους.

Ένα σύστημα ΕΠ εκμεταλλεύεται και αναδεικνύει τα χαρακτηριστικά των παιδαγωγικών αρχών και της διδακτικής [Bricken, 1990], Ο παθητικός ρόλος του μαθητή στις διαλέξεις και στη μελέτη εγχειριδίων μετατρέπεται σε ενεργό με τις εμπειρίες στα εικονικά περιβάλλοντα. Αυτό είναι σημαντικό στοιχείο αφού μια από τις σπουδαιότερες αρχές λειτουργίας της αίθουσας διδασκαλίας είναι οι δραστηριότητες των μαθητών που καθορίζουν το αντικείμενο και τον τρόπο μάθησης.

Σε ένα εικονικό περιβάλλον μπορεί να καθορίζεται και να μεταβάλλεται η θέση, η κλίμακα, η πυκνότητα της πληροφορίας, η αλληλεπίδραση και η απόκριση του συστήματος, ο χρόνος και ο βαθμός συμμετοχής του χρήστη. Η ΕΠ παρέχει ένα ελεγχόμενο σε πολλά επίπεδα, εμπειρικό πλαίσιο. Κάθε εικονικό αντικείμενο αποθηκεύει και θυμάται το ιστορικό του και τις ενέργειες του μαθητή. Έτσι προωθείται η εξατομίκευση και ο τύπος μάθησης κάθε μαθητή. Παράλληλα ενθαρρύνεται η κοινωνικοποίηση και η συνεργασία μεταξύ των μαθητών με τη συμμετοχή πολλών χρηστών στο ίδιο εικονικό περιβάλλον.

Η ΕΠ συνδέεται με τη φυσική συμπεριφορά. Ο προγραμματισμός, το πληκτρολόγιο και το ποντίκι μπορούν να αντικατασταθούν από φυσικότερες λειτουργίες του μαθητή όπως οι χειρονομίες, η κίνηση και η ομιλία. Μ’ αυτόν τον τρόπο ο μαθητής αλληλεπιδρά με το σύστημα μέσω φυσικών αντικειμένων που δεν απαιτούν επιπλέον εξήγηση. Ενώ οι επιστήμες έχουν φυσική σημασιολογία, ο τρόπος διδασκαλίας τους που μέχρι τώρα είναι συμβολικός δεν έχει. Η μελέτη ενός γνωστικού αντικειμένου προσανατολίζεται στην κατανόηση συμβολικών αναπαραστάσεων που συνήθως οδηγούν σε σύγχυση και παρανοήσεις.

Η φυσική σημασιολογία είναι αυτή που μαθαίνει ένα παιδί πριν από τη συμβολική και αυτή πετυχαίνετε με την ΕΠ. Ο υπολογιστής είναι ένα ιδανικό εργαλείο για το χειρισμό συμβόλων και αφαίρεσης. Η ΕΠ παρέχει τον τρόπο δια-σύνδεσης μ’ αυτά και διδάσκει τις έννοιες μέσα από εμπειρίες πρώτου προσώπου. Η μεταφορά στην αφαίρεση και τους συμβολισμούς ακολουθεί, όταν κρίνεται απαραίτητη. Η ΕΠ προσφέρει ένα δρόμο για τις αισθήσεις και τα αισθήματα Ο χρήστης έχει ισχυρή συναισθηματική επίδραση, γεγονός που αποτελεί και ένα σημείο προσοχής από τον εκπαιδευτικό και το σχεδιαστή του συστήματος. Εννοιολογικά και μεθοδολογικά η ΕΠ παίζει σημαντικό ρόλο σε έναν από τους κύριους στόχους της εκπαιδευτικής διαδικασίας, την επίλυση προβλημάτων.

Στις επιστήμες όπου η κατανόηση αρχών και βασικών εννοιών γίνεται με τη μετάφραση τους σε φυσικές εικόνες δηλαδή με μεταφορές που παρουσιάζουν αντικείμενα που αναπαριστάνουν αρχές σε ένα χώρο, η ΕΠ παρέχει εννοιολογικούς πραγματικούς ή εικονικούς χώρους όπου ο χρήστης έχει τη δυνατότητα να κινηθεί και να λύσει προβλήματα. Ο άνθρωπος μαθαίνει όχι ως παθητικός δέκτης ερεθισμάτων από το περιβάλλον, αλλά έχει ενεργό ρόλο. Η ανάγκη για εργαλεία υποστήριξης είναι φανερή τουλάχιστον στο αρχικό στάδιο της μαθησιακής διαδικασίας, την επιλογή και συλλογή ερεθισμάτων – φορέων πληροφορίας, καθώς και στην ενεργό συμμετοχή του μαθητή. Οι μαθητές μαθαίνουν με ή χωρίς την υποστήριξη εκπαιδευτικού υλικού.

Ερωτήματα γεννώνται ιδιαίτερα στη διδασκαλία των επιστημών και αφορούν την κατανόηση, τις παρανοήσεις, και το γνωστικό φόρτο. Σήμερα η πληροφορική τεχνολογία θεωρείται ως το εργαλείο που περιέχει όλων των ειδών τα μέσα και δίνει νέες προοπτικές στην εκπαιδευτική διαδικασία με τη δυνατότητα της να διαχειρίζεται πολλά συστήματα συμβόλων. Θεωρούμε ότι η εικονική πραγματικότητα συνεισφέρει στη μαθησιακή διαδικασία με βάση τα κύρια χαρακτηριστικά της, την ελεύθερη πλοήγηση στον τρισδιάστατο εικονικό κόσμο, την αλληλεπίδραση σ’ αυτόν, και τις εμπειρίες πρώτου προσώπου που έχει ο μαθητής. Παρέχει στο μαθητή τη δυνατότητα να εμπλουτίσει, να ενισχύσει και να οργανώσει τις εμπειρίες του.

Θεωρούμε ότι ένα σύστημα ΕΠ όπως εξάλλου και κάθε υπολογιστικό σύστημα, λειτουργεί ουσιαστικά ως ενισχυτής εμπειριών και όχι ως γνωστικό εργαλείο. Από ψυχολογική θεώρηση, η εποικοδομητική μάθηση είναι η πλησιέστερη θεωρία για την εισαγωγή της ΕΠ στην εκπαιδευτική διαδικασία. Συγκεκριμένα, θεωρούμε ότι προσεγγίζει περισσότερο με τη θεώρηση του Papert για την κατασκευή της γνώσης μέσα από τη φυσική αλληλεπίδραση με αντικείμενα στον πραγματικό κόσμο (constructionism) [Papert, 1991], καθώς και με τη σχεδίαση ανοικτών εκπαιδευτικών περιβαλλόντων (open-ended learning environments).

Τα εκπαιδευτικά εικονικά περιβάλλοντα δομούνται από δεδομένα και πληροφορίες, και επιτρέπουν στο χρήστη τριών ειδών εμπειρίες για την κατασκευή της γνώσης που δεν είναι διαθέσιμες στο φυσικό κόσμο, και έχουν πολλές δυνατότητες για την εκπαιδευτική διαδικασία και ιδιαίτερα τη διδασκαλία των επιστημών. Αυτές είναι το μέγεθος, η μετατροπή, και η αναπαράσταση αφηρημένων εννοιών με συγκεκριμένη “υλική” υπόσταση.

Εφαρμογές της Εικονικής Πραγματικότητας στην Ιατρική

Η εικονική πραγματικότητα γίνεται με ταχείς ρυθμούς ένα από τα απαραίτητα εργαλεία στον ιατρικό τομέα. Τέσσερις κύριοι τομείς της Ιατρικής χρησιμοποιούν εικονική πραγματικότητα λόγω της μεγαλύτερης ακρίβειας, του μειωμένου κόστους, και της εξοικονόμησης χρόνου που παρέχει. Οι τομείς αυτοί περιλαμβάνουν την ιατρική εκπαίδευση και εξάσκηση, τη θεραπεία, την αποκατάσταση, την οπτικοποίηση (visualization) ιατρικών δεδομένων και βάσεων δεδομένων καθώς και τη βοήθεια πριν και κατά τη διάρκεια εγχειρήσεων.

Σε πολλές περιπτώσεις η εικονική πραγματικότητα αποδεικνύεται επωφελής για αμφότερους τους γιατρούς και τους ασθενείς. Εντούτοις, κάποια ερωτηματικά έχουν προκύψει σχετικά με πιθανά μειονεκτήματα και βραχυπρόθεσμες συνέπειες αυτής της εξελισσόμενης τεχνολογίας. Ωστόσο, παρά το γεγονός ότι οι εφαρμογές της εικονικής πραγματικότητας στον ιατρικό τομέα είναι δαπανηρές στην ανάπτυξή τους και βρίσκονται ακόμα σε πρωταρχικό επίπεδο, η γνώση, τα πλεονεκτήματα και η δυναμικότητα που αποφέρουν ανταποδίδουν και με το παραπάνω τις επενδύσεις.

Έχοντας λάβει υπ’ όψη τους πέντε αυτούς παράγοντες, είναι δυνατόν να αναπτυχθεί ένας αληθοφανής εικονικός κόσμος για ιατρικές εφαρμογές. Η εικονική πραγματικότητα εισάγεται σε πολλούς διαφορετικούς τομείς της ιατρικής. Μια από τις εφαρμογές είναι η εκπαίδευση και η εξάσκηση φοιτητών. Η εκπαίδευση σε εικονικά περιβάλλοντα παρέχει τη δυνατότητα για καθοδήγηση των εκπαιδευόμενων και παρέχει περισσότερες δυνατότητες εκμάθησης από αυτές που μπορεί να δώσει μια τυπική εκπαιδευτική εφαρμογή πολυμέσων.

Η εκπαίδευση σε κατεπείγοντα περιστατικά και στο χώρο ασθενοφόρων μπορεί να γίνει με εικονικά μοντέλα. Έτσι οι σπουδαστές μπορούν να θεραπεύσουν επιλεγμένες παθήσεις ή να προκαλέσουν επιπλοκές σε αλληλεπιδραστικές εκπαιδευτικές χειρουργικές προσομοιώσεις. Η Τηλεϊατρική είναι ένας άλλος τομέας της ιατρικής που μπορεί να ενσωματώσει εφαρμογές της εικονικής πραγματικότητας. Διαγνώσεις και εγχειρήσεις μπορούν να κατευθύνονται από γιατρούς χωρίς την ανάγκη φυσικής παρουσίας. Αυτή η εφαρμογή είναι ιδιαίτερα ενδιαφέρουσα σε περιπτώσεις επικίνδυνου περιβάλλοντος ή περιπτώσεις περιοχών με ελλιπή ιατρική υποδομή.

Χειρουργική

Η χειρουργική είναι άλλος ένας τομέας που η εικονική πραγματικότητα αποδεικνύεται εξαιρετικά επωφελής. Οι χειρουργοί μπορούν να δοκιμάσουν επικίνδυνες εγχειρήσεις πριν ο πραγματικός ασθενής εγχειριστεί. Άλλη μια εφαρμογή είναι η χρήση ενός προσομοιωτή οφθαλμολογικών εγχειρήσεων. Ερευνητές στο Georgia Tech κατασκεύασαν μια συσκευή που χρησιμοποιεί εικονική πραγματικότητα για να παράγει την αίσθηση μιας πραγματικής οφθαλμολογικής εγχείρησης. Ο εκπαιδευόμενος αλληλεπιδρά με ένα τρισδιάστατο εικονικό μοντέλο οφθαλμού χρησιμοποιώντας ένα εικονικό χειρουργικό εργαλείο που ελέγχεται από μια συσκευή ανίχνευσης θέσης η οποία συνεχώς ενημερώνει τον υπολογιστή για τη θέση του εργαλείου και τον προσανατολισμό του.

Ο προσομοιωτής παρουσιάζει εξαιρετικό ενδιαφέρον καθώς επιτρέπει την εξάσκηση των χειρουργών σε επείγουσες καταστάσεις πριν αυτές συμβούν στην πραγματικότητα. Τα πλεονεκτήματα που παρουσιάζουν οι εκπαιδευτικές εφαρμογές εικονικής πραγματικότητας έναντι των κλασικών μεθόδων εκπαίδευσης είναι:
• Μειωμένη χρήση πτωμάτων ή πειραματόζωων που είναι πολυδάπανα στη συντήρηση.
• Παροχή μεγαλύτερης ασφάλειας στους ασθενείς καθώς νέες χειρουργικές τεχνικές μπορούν να δοκιμάζονται πριν εφαρμοστούν.
• Οι εικονικές χειρουργικές επεμβάσεις μπορούν να καταγράφονται για μετέπειτα αξιολόγηση και συζήτηση.
• Οι χειρουργικές επεμβάσεις μπορούν να παρατηρούνται από διαφορετικά σημεία (ακόμη και από το εσωτερικό των εγχειριζόμενων οργάνων) προκειμένου να διαπιστωθεί κατά πόσο οι τομές γίνονται στο σωστό βάθος και με τη σωστή γωνία.
• Οι χειρουργοί μπορούν να εκπαιδευτούν σε νέες τεχνικές που να επιταχύνουν την ανάρρωση των ασθενών και να μειώνουν τον προκαλούμενο πόνο.

Θεραπεία Μέσω Εκθεσης

Ο σχεδιασμός θεραπείας είναι ένας από τους τομείς που η εικονική πραγματικότητα αρχίζει να εφαρμόζεται. Στη θεραπεία, επικίνδυνες ή αβέβαιης αποτελεσματικότητας τεχνικές μπορούν να σχεδιάζονται και να δοκιμάζονται πριν την τελική εφαρμογή τους. Σε πολλές περιπτώσεις η εικονική πραγματικότητα έχει αποδείξει την ωφελιμότητά της. Μια από αυτές είναι η θεραπεία έκθεσης: Η θεραπεία έκθεσης εμπλέκει την έκθεση του υποκειμένου σε παράγοντες που του προκαλούν ενοχλήσεις ή ανησυχία προκαλώντας έτσι ερεθίσματα, επιτρέποντας παράλληλα στην ενόχληση να εκτονωθεί. Αυτή η διαδικασία υποβαθμίζει σταδιακά την προκαλούμενη ενόχληση-ανησυχία και ο ασθενής μπορεί να ξεπεράσει με τον καιρό τη φοβία του όπως για παράδειγμα την ακροφοβία (ο φόβος του ύψους).

Η πιο κοινή προσέγγιση της έκθεσης του υποκειμένου σε ερεθίσματα είναι η «εμβύθισή» του σε ένα εικονικό περιβάλλον με τη χρήση Head Mounted Display. Η συσκευή συνδέεται σε υπολογιστή που την τροφοδοτεί με εικόνες που συμβαδίζουν με την κατεύθυνση στην οποία κοιτά ο χρήστης. Σταδιακά ο ασθενής μεταφέρεται σε «in vivo» θεραπεία όπου εκτίθεται σε πραγματικές καταστάσεις. Τα πολλά πλεονεκτήματα που επιφέρει η εικονική πραγματικότητα στη θεραπεία έκθεσης υποσκελίζουν τα ελάχιστα μειονεκτήματα.

Ένα από τα πλεονεκτήματα είναι η μείωση του κόστους. Στη συμβατική θεραπεία, καταστάσεις της πραγματικής ζωής μπορεί να είναι πολυδάπανες στο να διεξαχθούν ή δύσκολες στο να διευθετηθούν για τους ασθενείς. Άλλο ένα θετικό σημείο είναι η παροχή ερεθισμάτων σε ασθενείς με αδύναμη φαντασία. Επίσης η δυνατότητα διενέργειας της θεραπείας στο ιδιωτικό περιβάλλον του ιατρού μπορεί να αποτρέψει την πιθανότητα της δημόσιας έκθεσης του ασθενή.

Αποκατάσταση

Η αποκατάσταση ασθενών είναι άλλος ένας τομέας όπου η χρήση τεχνικών εικονικής πραγματικότητας επιταχύνεται. Σ’ αυτό τον τομέα οι ασθενείς μπορούν να παρακινούνται από διασκεδαστικά ή ανταγωνιστικά εικονικά περιβάλλοντα, βελτιώνοντας έτσι τη θεραπευτική αποκατάσταση. Ένα παράδειγμα τέτοιας εφαρμογής αποτελεί το πρόγραμμα Parkinson στο San Anselmo της California. Πολλοί ασθενείς που πάσχουν από την ασθένεια του Parkinson παρουσιάζουν προβλήματα στη βάδιση, μια κατάσταση που είναι γνωστή ως «ακινησία».

Φορώντας συσκευές εικονικής πραγματικότητας, οι ασθενείς πρέπει να κινηθούν γύρω από εικονικά αντικείμενα που είναι τοποθετημένα γύρω από τα πόδια τους. Μετακινούμενοι γύρω από τα αντικείμενα οι ασθενείς υποβάλλονται στο αντίστροφο αποτέλεσμα, γνωστό σαν «kinesia paradoxa» που ενεργοποιεί το κανονικό βάδισμα. Τα πλεονεκτήματα από τη χρήση τεχνικών εικονικής πραγματικότητας σε αυτό τον τομέα είναι πολύ σημαντικά για τους ασθενείς. Αυτή η διαδικασία μπορεί γρήγορα να αντιστρέφει τις κινητικές διαταραχές, εξαφανίζοντας το πρόβλημα. Επίσης πολλοί ασθενείς δεν έχουν ανάγκη, πλέον, από φαρμακευτική βοήθεια όπως το L-dopa, ένα φάρμακο με πολλές ανεπιθύμητες παρενέργειες. Η εικονική πραγματικότητα δεν έχει παρουσιάσει σε αυτό τον τομέα γνωστές παρενέργειες.

Το Μέλλον της Εικονικής Πραγματικότητας

Σε αντίθεση με το παρελθόν, το οποίο ήταν γεμάτο υποσχέσεις οι οποίες τελικά ποτέ δεν πραγματοποιήθηκαν γιατί οι τεχνολογίες και οι συνθήκες που επικρατούσαν δεν ήταν αρκετά ώριμες, το μέλλον της Εικονικής Πραγματικότητας υπόσχεται μια συνεχή ανάπτυξη σε πιο στέρεες και λιγότερο ουτοπικές βάσεις. Πλέον η βιομηχανία αρχίζει να βρίσκει πρακτικές εφαρμογές στη χρήση των Εικονικών Περιβαλλόντων, όπως είναι η σχεδίαση αυτοκινήτων ή η εκπαίδευση αστροναυτών, και μαζί με τα διάφορα κρατικά ερευνητικά προγράμματα προσφέρουν μια σταθερή χρηματοδότηση για την έρευνα και την ανάπτυξη τέτοιων συστημάτων, καθώς και την εύρεση νέων εφαρμογών τους.

Μάλιστα τελευταία γίνονται προσπάθειες να συγκεντρωθεί όλη η γνώση που έχει συσσωρευτεί διάσπαρτη σε ερευνητικά ιδρύματα και εταιρείες που ασχολούνται με την Εικονική Πραγματικότητα, με σκοπό την κατανόηση των αναγκών τέτοιων περιβαλλόντων καθώς και την ανάπτυξη οδηγιών για τη σχεδίαση και υλοποίησή τους. Τέλος δεν πρέπει να ξεχνάμε ότι η συνεχής ανάπτυξη της τεχνολογίας, δίνει τη δυνατότητα για αναβάθμιση της ποιότητας της εμβύθινσης που μπορεί να γίνει αντιληπτή από το χρήστη, μέσω της βελτίωσης των συσκευών εισόδου και εξόδου, ενώ παράλληλα μειώνεται και το κόστος αυτών των συσκευών, που τουλάχιστον μέχρι τώρα είναι απαγορευτικό για το μέσο χρήστη. Έτσι θα λέγαμε ότι δεν θα αργήσει η μέρα που η Εικονική Πραγματικότητα θα βρεθεί σε κάθε σπίτι, ιδιαίτερα αν υποστηριχθεί από τον τομέα της ψυχαγωγίας και των παιχνιδιών.