Ανάπτυξη συστημάτων εκπαίδευσης από απόσταση, με αξιοποίηση της τεχνολογίας των πολυμέσων και της εικονικής πραγματικότητας

Abstract

[…] Η παρούσα διατριβή εστιάζεται στον γενικότερο χώρο της εκπαιδευτικής εικονικής πραγματικότητας και ειδικότερα στα δικτυακά εκπαιδευτικά εικονικά περιβάλλοντα, στον τρόπο σχεδιασμού τους και κατ' επέκταση στον τρόπο υλοποίησης τους. Ο γενικός σκοπός της διατριβής είναι η παρουσίαση μιας μεθοδολογίας σχεδιασμού ενός εύχρηστου εκπαιδευτικού εικονικού περιβάλλοντος, λαμβάνοντας υπόψη τους τεχνικούς περιορισμούς. Ο Nielsen, αναφέρει ότι «με τον όρο ευχρηστία γενικά στα υπολογιστικά συστήματα, προσδιορίζεται το πόσο κατανοητό, αποδοτικό και ευχάριστο είναι το σύστημα κατά την επικοινωνία με τον χρήστη». Μια επιτυχής επικοινωνία σχετίζεται άρρηκτα με το πόσο καλά ο χρήστης μπορεί να επιτελέσει μια σειρά από διεργασίες, ή κατά πόσο μπορεί να επιτύχει τους στόχους του κατά την διάρκεια χρησιμοποίησης του συστήματος [Nielsen, 1993]. Επιπρόσθετα, σκοπός της διατριβής είναι να αποτελέσει ένα εγχειρίδιο μελέτης και βοήθειας προς τους υπεύθυνους ανάπτυξης εκπαιδευτικών εικονικών περιβαλλόντων, συμβάλλοντας στην αντιμετώπιση ενδεχόμενων προβλημάτων και στην μείωση του χρόνου που απαιτείται για την υλοποίηση ενός λειτουργικού, αποτελεσματικού και εύχρηστου εικονικού περιβάλλοντος. Σήμερα υπάρχουν στην βιβλιογραφία αρκετές κατευθυντήριες οδηγίες, σχετικά με τον σχεδιασμό εύχρηστων διδιάστατων περιβαλλόντων διεπαφής, οι οποίες έχουν προκύψει από ένα μεγάλο αριθμό ερευνών [Hix, 1993]. Όμως, με την ραγδαία εξέλιξη των τρισδιάστατων γραφικών, δημιουργήθηκε η ανάγκη για αντίστοιχη έρευνα σχετικά με τον σχεδιασμό των τρισδιάστατων περιβαλλόντων διεπαφής για εικονικά περιβάλλοντα, καθώς η χρήση των εικονικών περιβαλλόντων είναι ακόμη σε πρώιμο στάδιο, με αποτέλεσμα να υπάρχει ελλιπής γνώση για το σχεδιασμό εύχρηστων εικονικών περιβαλλόντων και ειδικότερα ελλιπής γνώση σχετικά με το ποια ζητήματα πρέπει να εξεταστούν, προκειμένου να επιτευχθεί η ευχρηστία [Kaur, 1998] [Herndon, 1994], [Boyd, 1996], [Dahlback,1992], Αρχικά σαν βάση για τον καθορισμό των νέων κατευθυντήριων οδηγιών σχεδίασης εικονικών περιβαλλόντων, χρησιμοποιήθηκαν μερικές από τις κατευθυντήριες οδηγίες σχεδιασμού των διδιάστατων περιβαλλόντων διεπαφής, οι οποίες είχαν γενικό χαρακτήρα και ήταν εύκολο να προσαρμοστούν σε οποιοδήποτε τύπο περιβάλλοντος. Ο Nielsen (1993), υποστηρίζει ότι οι γενικές κατευθυντήριες οδηγίες ευχρηστίας, εφαρμόζονται σε οποιοδήποτε περιβάλλον διεπαφής, δεδομένου ότι μια ομάδα ειδικών θα μελετήσει το σύστημα και θα εντοπίσει τα ενδεχόμενα προβλήματα [Nielsen, 1993]. Επίσης οι Wann και Mon-Williams [Wann, 1996], θεωρούν ότι πολλές από τις βασικές αρχές σχεδιασμού των συμβατικών διδιάστατων περιβαλλόντων διεπαφής, μπορούν να μετατραπούν κατάλληλα για εφαρμογή και στα τρισδιάστατα περιβάλλοντα διεπαφής. Ο Forhlich [Forhlich, 1993] θεωρεί ότι τα εικονικά περιβάλλοντα αποτελούν μια συνέχεια και επέκταση των διδιάστατων περιβαλλόντων. Μετά από έρευνα και πρακτική εφαρμογή, διαπιστώθηκε ότι ο υπεύθυνος ανάπτυξης ενός εικονικού περιβάλλοντος έχει να αντιμετωπίσει μια σειρά από δυσκολίες, οι οποίες βασικά στηρίζονται στην αρχή, ότι τα περιβάλλοντα διεπαφής των εικονικών περιβαλλόντων, είναι διαφορετικά από τα παραδοσιακά διδιάστατα περιβάλλοντα διεπαφής σε πάρα πολλά σημεία. Τα εικονικά περιβάλλοντα, λόγω της τρισδιάστατης απεικόνισης των πληροφοριών, διαφέρουν από ταδιδιάστατα περιβάλλοντα διεπαφής, τόσο ως προς τον τρόπο παρατήρησης των οπτικοποιημένων πληροφοριών, όσο και ως προς τον τρόπο αλληλεπίδρασης με αυτές τις πληροφορίες, την πλοήγηση και τα δεδομένα του περιβάλλοντος [Mercurio, 1990]. Επιπρόσθετα στα εικονικά περιβάλλοντα, ο σχεδιαστής πρέπει να αντιμετωπίσει προβλήματα σχετικά με το επίπεδο λεπτομέρειας (πιστότητα τρισδιάστατων αντικειμένων, υφές, φωτισμός, ήχος) και κατά συνέπεια τον ρεαλισμό του περιβάλλοντος, χαρακτηριστικό το οποίο δεν συναντάται στα διδιάστατα περιβάλλοντα διεπαφής. Επίσης, ο υπεύθυνος ανάπτυξης πρέπει να δημιουργήσει ένα τρισδιάστατο μοντέλο που να είναι ρεαλιστικό και φυσικό, λαμβάνοντας υπόψη τους τεχνολογικούς περιορισμούς (όπως π.χ. επεξεργαστική ισχύ) προκειμένου το εικονικό περιβάλλον να είναι αποτελεσματικό και εύχρηστο. Ο προσδιορισμός των παραπάνω διαφορών μεταξύ διδιάστατων και τρισδιάστατων περιβαλλόντων διεπαφής, συγκλίνουν στην άποψη ότι η εξέλιξη των εικονικών περιβαλλόντων αποτελεί συνέχεια των διδιάστατων περιβαλλόντων διεπαφής και αφορά κυρίως την αξιοποίηση χαρακτηριστικών της τρίτης διάστασης. Λόγω αυτών των επιπρόσθετων χαρακτηριστικών πολλοί ερευνητές έχουν καταλήξει ότι τα τρισδιάστατα περιβάλλοντα διεπαφής είναι πιο δύσκολα στον σχεδιασμό από τα διδιάστατα [Herndon, 1994]. Η γενική έλλειψη κατανόησης των απαιτήσεων σχεδιασμού και υλοποίησης των εικονικών περιβαλλόντων, καθώς και οι νέες έννοιες και η τεχνολογία που περιλαμβάνεται στα εικονικά περιβάλλοντα, δημιουργούν δυσκολίες στο σχεδιασμό, στην εφαρμογή και την χρήση των περιβαλλόντων διεπαφής των εικονικών περιβαλλόντων, σε σύγκριση με τα συμβατικά διδιάστατα περιβάλλοντα διεπαφής [Herndon, 1994]. Η τρέχουσα κατανόηση σχετικά με τα περιβάλλοντα διεπαφής των εικονικών περιβαλλόντων είναι ανεπαρκής, με αποτέλεσμα να υπάρχει ανάγκη για καλύτερα-σχεδιασμένα συστήματα Εικονικής Πραγματικότητας [Bolas, 1994]. Υπάρχει λίγη γνώση για το πώς σχεδιάζονται τα εικονικά περιβάλλοντα, ποια ζητήματα απαιτείται να εξεταστούν και ελλιπής καθοδήγηση σχετικά με το πώς ο σχεδιασμός μπορεί να επιτευχθεί. Πιο συγκεκριμένα, από την μελέτη της βιβλιογραφίας καταλήξαμε ότι ελάχιστες εργασίες εξετάζουν την διαδικασία σχεδιασμού των εικονικών περιβαλλόντων στο σύνολο της, ελέγχοντας παράλληλα την πρακτική εφαρμογή των κατευθυντήριων οδηγιών που απορρέουν από τις προσεγγίσεις αυτές. Επίσης οι κατευθυντήριες οδηγίες που έχουν προκύψει από τις προηγούμενες εργασίες, δεν έχουν ταξινομηθεί έτσι ώστε να διευκολύνουν τους υπεύθυνους ανάπτυξης στην πλήρης κατανόηση του σχεδιαστικού μοντέλου, με αποτέλεσμα συχνά η καθοδήγηση να έχει ως αποτέλεσμα εικονικά περιβάλλοντα μη εύχρηστα και αναποτελεσματικά. Αξιοσημείωτο είναι επίσης, ότι η έρευνα δεν ασχολείται με τους τεχνολογικούς περιορισμούς που επιδρούν αρνητικά στην επίτευξη ισορροπίας μεταξύ ικανοποιητικής οπτικής αναπαράστασης, αλληλεπίδρασης και αποτελεσματικής απεικόνισης σε πραγματικό χρόνο (Real time rendering). Οι σκοποί της έρευνας και μελέτης που πραγματοποιήθηκε στα πλαίσια της παρούσας διατριβής αφορούν: • Έρευνα για την διαμόρφωση, μέσα από την ταξινόμηση των κατευθυντήριων οδηγιών ευχρηστίας που προέκυψαν από την έρευνα, μιας μεθοδολογίας σχεδιασμού. • Μελέτη για τον εντοπισμό των τεχνολογικών περιορισμών, που δημιουργούν προβλήματα στην ευχρηστία των εκπαιδευτικών εικονικών περιβαλλόντων και την παροχή λύσεων. • Την διαμόρφωση μιας σαφούς δομής, η οποία θα αποτελέσει εγχειρίδιο - οδηγό για την ανάπτυξη εικονικών περιβαλλόντων. • Σχεδίαση και ανάπτυξη του συστήματος VRLAB, ενός δικτυακού εικονικού περιβάλλοντος για εκπαίδευση από απόσταση στο μάθημα «Γραφικά Η/Υ», στο οποίο εφαρμόστηκαν οι κατευθυντήριες οδηγίες και οι αρχές ευχρηστίας που προέκυψαν κατά την διάρκεια της έρευνας. Εκτός από αυτά τα βασικά ερωτήματα, κατά τη διάρκεια της εργασίας ανέκυψαν και πολλά άλλα επιμέρους, τα οποία θα αναφερθούν στα αντίστοιχα σημεία στην συνέχεια. […]