Εικονική πραγματικότητα

Εικονική πραγματικότητα (αγγλικά: virtual reality ή VR) ονομάζεται η προσομοίωση ενός πραγματικού η φανταστικού περιβάλλοντος από έναν υπολογιστή. Η τρέχουσα τεχνολογία VR χρησιμοποιεί συχνά ακουστικά εικονικής πραγματικότητας ή περιβάλλοντα πολλαπλών προβολών, μερικές φορές σε συνδυασμό με φυσικά περιβάλλοντα ή σκηνικά, για τη δημιουργία εικόνων, ήχων και άλλων αισθήσεων που προσομοιώνουν τη φυσική παρουσία ενός χρήστη σε ένα εικονικό ή φανταστικό περιβάλλον. Ένα άτομο που χρησιμοποιεί εξοπλισμό εικονικής πραγματικότητας είναι σε θέση να «κοιτάξει γύρω» τον τεχνητό κόσμο, να κινηθεί γύρω του και να αλληλεπιδράσει με εικονικά χαρακτηριστικά ή αντικείμενα. Το σετ μικροφώνου-ακουστικού είναι τοποθετημένο σε μια οθόνη που έχει τοποθετηθεί σε κεφαλή με μικρή οθόνη στο μπροστινό μέρος των ματιών, αλλά μπορεί να δημιουργηθεί με πολλές μεγάλες οθόνες. Τα συστήματα VR που είναι γνωστό ότι μεταδίδουν κραδασμούς και άλλες αισθήσεις στον χρήστη μέσω ελεγκτή παιχνιδιών ή άλλων συσκευών είναι γνωστά ως απτικά συστήματα. Αυτή η απτική πληροφορία είναι γενικά γνωστή ως ανατροφοδότηση δύναμης σε εφαρμογές ιατρικής, βιντεοπαιχνιδιών και στρατιωτικής εκπαίδευσης.

 Ο όρος εικονική πραγματικότητα αναφέρθηκε για πρώτη φορά από τον Γάλλο Αντονέν Αρτώ το 1932, στο δοκίμιό του με τίτλο Le Théâtre Alchimique αλλά και το 1938 στο Le Théâtre et son Double, όπου αναφέρθηκε στο θέατρο ως μία εικονική πραγματικότητα ("la réalite virtuelle").Ο όρος "εικονικός" (virtual), από τα μέσα των 1400, έχει τον ορισμό "να είναι κάτι στην αίσθηση ή την επίδραση, αλλά όχι στην πραγματικότητα ή γεγονός".Τον όρο επανέφερε με την τεχνολογική του έννοια το 1989 ο Αμερικανός συγγραφέας και πρωτοπόρος της εικονικής πραγματικότητας, Τζάρον Λέινιερ. Είναι ιδρυτής της εταιρείας VPL Research, η οποία ανέπτυξε μερικά από τα πρώτα συστήματα τη δεκαετία του 1980. Όρισε την εικονική πραγματικότητα ως ένα "αλληλεπιδραστικό, τρισδιάστατο περιβάλλον, φτιαγμένο από υπολογιστή, στο οποίο μπορεί κάποιος να εμβυθιστεί." Το 2003, ο συγγραφέας Γουίλιαμ Ρ. Σέρμαν και ο ερευνητής Άλαν Μπ. Κρεγκ όρισαν την εικονική πραγματικότητα ως 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)". Η εικονική πραγματικότητα χρησιμοποιεί ηλεκτρονικούς υπολογιστές, για να δημιουργήσει και να προσομοιώσει πραγματικά ή μη περιβάλλοντα, από τα οποία ο χρήστης έχει την παραίσθηση ότι περιβάλλεται και στα οποία μπορεί να κινηθεί ελεύθερα, αλληλεπιδρώντας παράλληλα με τα αντικείμενα που περιλαμβάνουν, όπως θα έκανε και στον πραγματικό κόσμο. Για να είναι όσο πιο πετυχημένη γίνεται η εμβύθιση ενός χρήστη σε ένα περιβάλλον εικονικής πραγματικότητας, είναι σημαντικό να απομονωθεί ο χρήστης και οι αισθήσεις του από το πραγματικό κόσμο, επικαλύπτοντας τα ερεθίσματα του πραγματικού κόσμου με αντίστοιχα εικονικά, φτιαγμένα από το σύστημα της εικονικής πραγματικότητας. Από τις πέντε (ή μήπως εφτά) αισθήσεις, οι πιο σημαντικές κατά φθίνουσα σειρά είναι η όραση, η ακοή και η αφή. Έτσι είναι 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 διευκολύνοντάς 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. Το 1833, ο Τσαρλς Γουίτστοουν επινόησε τη στερεοσκοπική οθόνη, η οποία επέτρεπε τη θέαση στερεοσκοπικών εικόνων, δίνοντας έτσι στο θεατή μια αίσθηση του βάθους. Ο David Brewster επεξεργάστηκε ακόμα περισσότερο την εφεύρεση αυτή το 1844, πράγμα που έκανε δυνατή την δημιουργία ενός προϊόντος ευρείας κατανάλωσης με το όνομα Viewmaster στα μέσα του 19ου αιώνα. To 1929 ο Έντουιν Λινκ κατασκεύασε τον πρώτο απλό μηχανικό εξομοιωτή πτήσης, για την εκπαίδευση πιλότων σε εσωτερικούς χώρους και μακριά από πραγματικά αεροπλάνα. Το 1946 κατασκευάζεται ο πρώτος ηλεκτρονικός υπολογιστής, με την ονομασία ENIAC, από το Πανεπιστήμιο της Πενσυλβάνια, για τον αμερικάνικο στρατό. Στη δεκαετία του 1950 ο Αμερικανός κινηματογραφιστής Μόρτον Χέιλιγκ πρότεινε "το σινεμά του μέλλοντος", το οποίο θα περικύκλωνε τον θεατή με αισθήσεις φτιαγμένες από μηχανήματα. Κατασκεύασε το Sensorama το 1956, το οποίο έδινε στον χρήστη τη δυνατότητα να κάνει μια βόλτα με μοτοσυκλέτα στους δρόμους της Νέας Υόρκης. Το Sensorama διαθέτει τρισδιάστατα γραφικά, στερεοσκοπικό ήχο και δονήσεις, ενώ ο χρήστης μπορούσε να νοιώσει και να οσφριστεί. Ωστόσο, ο Χέιλιγκ απέτυχε στο να βρει οικονομική ενίσχυση για να πατεντάρει το Sensorama και έτσι το έργο του βρίσκεται σε παύση. Το 1961, οι μηχανικοί της εταιρίας Philco Κομό και Μπράιαν δημιούργησαν ένα HMD (Head Mounted Display) με την ονομασία Headsight TV Surveillance System απομακρυσμένης παρακολούθησης, με ανίχνευση της κίνησης του κεφαλιού. Για να το επιτύχουν αυτό χρησιμοποιούν ένα ειδικά κατασκευασμένο ηλεκτρομαγνητικό σύστημα. Το HMD αυτό χρησιμοποιήθηκε για την απομακρυσμένη παρακολούθηση επικίνδυνων καταστάσεων. To 1963 ο διδακτορικός φοιτητής του MIT Ιβάν Σάδερλαντ εισάγει τα αλληλεπιδραστικά γραφικά μέσω υπολογιστή με την εφαρμογή του Sketchpad. Η συγκεκριμένη εφαρμογή χρησιμοποιεί ένα ελαφρύ στυλό για την επιλογή αντικειμένων, παράλληλα με τη χρήση του πληκτρολογίου. Ο ίδιος το 1965 κάνει τα πρώτα βήματα στο να συνδυάσει τους υπολογιστές και τη δημιουργία Εικονικών Κόσμων με την εργασία του "The ultimate display". Στην εργασία αυτή ουσιαστικά περιγράφει ένα δωμάτιο, όπου τα πάντα ελέγχονται από τον υπολογιστή και όλες οι ενέργειες του χρήστη μέσα σε αυτό έχουν τον ίδιο αντίκτυπο που θα είχαν και στον πραγματικό κόσμο. Όπως αναφέρει και ο ίδιος "It is a looking glass into a mathematical wonderland". Το 1967 ο Φρεντ Μπρουκς, επηρεασμένος από την εργασία του Ιβάν Σάδερλαντ, ξεκινάει το project GROPE, που έχει σαν στόχο να εξερευνήσει τη χρήση απτικής αλληλεπίδρασης για να βοηθήσει τους βιοχημικούς να "αισθανθούν" τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ μορίων πρωτεΐνης. Το 1968, ο Σάδερλαντ κατασκεύασε το Sword of Damocles (Σπαθί του Δαμοκλή), ένα HDM το οποίο πήρε το όνομα του από το γεγονός ότι κρεμόταν από την οροφή. Χρησιμοποιούσε καθοδικές λυχνίες, είχε μηχανική ανίχνευση της κίνησης του κεφαλιού και πρόβαλλε εικόνες πάνω στον πραγματικό κόσμο. Το εύρος πεδίου του ήταν 40 μοίρες και ο χρήστης μπορούσε να δει σε πραγματικό χρόνο, αντικείμενα σε wireframe μορφή να προβάλλονται πάνω στον πραγματικό κόσμο. Την ίδια χρονιά, ο ίδιος και ο Ντέιβιντ Έβανς ιδρύουν την εταιρία Evans and Sutherland Computer Corp. (E&S), η οποία ασχολείται με συστήματα οπτικοποίησης τα οποία χρησιμοποιούνται στο στρατό, σε εμπορικούς εξομοιωτές καθώς και σε πλανητάρια και αλληλεπιδραστικά θέατρα. Η Atari συγκέντρωσε αρκετούς μελλοντικούς πρωτοπόρους της εικονικής πραγματικότητας, μεταξύ των οποίων οι Άλαν Κέι, Σκοτ Φίσερ, Μπρέντα Λόρελ, Γουόρεν Ρόμπινετ και Τομ Ζίμερμαν. Το 1974, ο Μίρον Κρούγκερ δημιούργησε τα πρωτοποριακά του έργα, Metaplay και Videoplace, όπου εξερευνά τις δυνατότητες της αλληλεπίδρασης με τη βοήθεια υπολογιστή. Έτσι, δημιουργήθηκαν τα αλληλεπιδραστικά καλλιτεχνικά περιβάλλοντα, σχεδιασμένα με τέτοιο τρόπο ώστε να δίνουν στους χρήστες τους τη δυνατότητα ελευθερίας επιλογής και προσωπικής έκφρασης. Το 1976 κατασκευάζεται το GROPE II, από τους Π. Τζ. Κιλπάτρικ και Φρεντ Μπρουκς, το οποίο παρείχε force feedback (ανάδραση δύναμης) και χρησιμοποιούσε μηχανικούς βραχίονες, για να μεταφερθούν οι κινήσεις των χεριών των χημικών που χρησιμοποιούσαν το σύστημα, στα άτομα φαρμάκων και να μεταβάλλουν τη συμπεριφορά τους. Η είσοδος σε έναν εικονικό κόσμο επιτυγχάνεται με τη χρήση προβολέων (οθόνες, oculus rift κλπ.) μέσω των οποίων ο υπολογιστής, επεξεργάζοντας τα δεδομένα που έχει συλλέξει, δημιουργεί τον κόσμο όπως αυτός τον αντιλαμβάνεται με τα στοιχεία που έχει στην διάθεση του και παρέχοντας τις αντίστοιχες δυνατότητες κίνησης και αλληλεπίδρασης με το εικονικό αυτό περιβάλλον. Η εικονική πραγματικότητα έχει βρει εφαρμογή στην προσομοίωση πτήσεων, οδήγησης πλοίων, αυτοκινήτων και διαστημοπλοίων, δίνοντας την δυνατότητα εκπαίδευσης των οδηγών και πιλότων χωρίς να εμπλέκονται σε πραγματικό κίνδυνο. Επίσης, η εικονική πραγματικότητα εφαρμόζεται , μεταξύ άλλων, στην εκπαίδευση, την ιατρική, την ψυχαγωγία (βιντεοπαιχνίδια, θεματικά πάρκα) και το διαδίκτυο (με τον κυβερνοχώρο και τα μέσα κοινωνικής δικτύωσης). 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 εμβύθισης 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. Η αγορά της AR/VR έχει γίνει μια αγορά αξίας δισεκατομμυρίων δολαρίων και αναμένεται να συνεχίσει να αναπτύσσεται πολύ πέρα από μια αγορά 120 δισεκατομμυρίων δολαρίων μέσα σε λίγα χρόνια. 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 (1973). Η πρώτη ταινία μαζικής αποδοχής του Χόλιγουντ που εξερευνούσε αυτή την ιδέα ήταν η ταινία Tron (1982) του Στίβεν Λίσμπεργκερ. Στη συνέχεια ακολούθησαν οι ταινίες Ολική Επαναφορά (1990), Ο Μνημονικός Τζόνι (1992), Επαφές μιας Ξεχωριστής Πραγματικότητας (1992), Το Δέκατο Τρίτο Πάτωμα (1999) και eXistenZ (1999) του Ντέιβιντ Κρόνενμπεργκ. Πολύ γνωστή σειρά ταινιών με αναφορά στην εικονική πραγματικότητα είναι το Matrix των αδερφών Γουατσόφσκι. Η κωμωδία National Lampoon's Last Resort (1994) παρουσίαζε την εικονική και την αληθινή πραγματικότητα να αλληλοκαλύπτονται, και μερικές φορές να είναι δύσκολο να διαχωριστούν από το θεατή. Επίσης, η βρετανική κωμική τηλεοπτική σειρά Red Dwarf (1988) για πολλά επεισόδια χρησιμοποιούσε την ιδέα ότι η ζωή είναι ένα παιχνίδι εικονικής πραγματικότητας. Αυτή η ιδέα χρησιμοποιήθηκε επίσης και στο Spy Kids 3-D: Game Over (2003). 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 ακριβέστερα παραδείγματα και των δύο ιδεών είναι η νουβέλα του Νιλ Στίβενσον με τον τίτλο Snow Crash (1992). Ωστόσο, το 2003, ο Στίβενσον παραδέχτηκε στο περιοδικό Wired ότι το Snow Crash ήταν μια "αποτυχημένη προφητεία". Μία ταινία που διαθέτει παρόμοιο κόνσεπτ, είναι το Ready Player One (2018) του Στίβεν Σπίλμπεργκ. Η σειρά βιντεοπαιχνιδιών .hack επικεντρώνονται γύρω από ένα παιχνίδι εικονικής πραγματικότητας. Στο παιχνίδι ρόλων Mage: The Ascension υπάρχει μια μυστική μαγική κοινότητα με το όνομα Virtual Adepts, η οποία θεωρείται ότι δημιούργησε την εικονική πραγματικότητα. 3D γραφικά υπολογιστή 3D εφέ ήχου Γραφικά υπολογιστή Προσομοιωμένη πραγματικότητα Επαυξημένη πραγματικότητα Στερεοσκοπικά γραφικά Στερεοσκοπικός ήχος A Philosophical Adventure in Virtual Reality William Sherman & Alan Craig, Understanding Virtual Reality, Morgan Kauffman, ISBN 1-55860-353-0, 2002 Doug Bowman, Ernst Kruijff, Joseph LaViola & Ivan Poupyrev, 3D User Interfaces: Theory and Practice Αρχειοθετήθηκε 2006-04-26 στο Wayback Machine., Addison-Wesley, ISBN 0-20175-867-9, 26 Ιουλίου 2004 Grau, Oliver (2003). Virtual Art: From Illusion to Immersion (Leonardo Book Series). Cambridge, Massachusetts: The MIT Press. ISBN 0-262-07241-6. John Vince, Essential Virtual Reality Fast: How to Understand the Techniques and Potential of Virtual Reality, Springer, ISBN 1-85233-012-0, (1 Οκτωβρίου 1998)