1. Οικονομικό Πανεπιστήμιο Αθηνών
Σχολή Επιστημών και Τεχνολογίας της Πληροφορίας
Τμήμα Πληροφορικής
Μελέτη και Ανάπτυξη Εφαρμογής
Επαυξημένης Πραγματικότητας για το
Μουσείο Τηλεπικοινωνιών Ελλάδος
Σε Συνεργασία με τον Οργανισμό Τηλεπικοινωνιών Ελλάδος
(OTE)
Από τον φοιτητή:
Αγγελόπουλο Σπυρίδωνα
Επιβλέπων καθηγητής:
Δρ. Πολύζος Γεώργιος
Η παρούσα εργασία υποβάλλεται για τη λήψη προπτυχιακού
διπλώματος σπουδών
Σεπτέμβριος 2015

3. Αthens University of Economics and Business
Faculty of Science and Information Technology
Department of Informatics
Research and Development of an
Augmented Reality Mobile Application for
the National Museum of
Telecommunications
In Collaboration with the Hellenic Telecommunications
Organization S.A. (OTE)
Author:
Spyridon Angelopoulos
Supervisor:
Dr. Georgios Polyzos
This dissertation is submitted for the degree of
Bachelor of Science
September 2015

6. ΥΠΕΥΘΥΝΗ ΔΗΛΩΣΗ
Δηλώνω ότι, εκτός εάν γίνεται ειδική αναφορά σε έργο άλλων, το περιεχόμενο
της παρούσας διατριβής είναι πρωτότυπο και δεν έχει υποβληθεί εξ ολοκλήρου ή
εν μέρει, για οποιοδήποτε πτυχίο ή άλλο τίτλο σε οποιοδήποτε άλλο πανεπιστή-
μιο. Βεβαιώνω ότι είμαι συγγραφέας αυτής της πτυχιακής εργασίας και ότι κάθε
βοήθεια την οποία είχα για την προετοιμασία της, είναι πλήρως αναγνωρισμένη
και αναφέρεται ρητά στο περιεχόμενο της εργασίας. Η παρούσα πτυχιακή εργα-
σία υλοποιήθηκε για τις απαιτήσεις του προγράμματος σπουδών του τμήματος
Πληροφορικής του Οικονομικού Πανεπιστήμιου Αθηνών.
Αγγελόπουλος Σπυρίδων,
Αθήνα, Σεπτέμβριος 2015

7. ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ
Πρωτίστως, θα ήθελα να ευχαριστήσω βαθύτατα τον επιβλέποντα καθηγητή της
εργασίας μου, Δρ. Γεώργιο Πολύζο τόσο για την αμέριστη εμπιστοσύνη προς το
άτομο μου και τις δυνατότητες μου να διεκπεραιώσω επιτυχώς τη συγκεκριμένη
εργασία, όσο και για τη στήριξη καθ’ όλη τη διάρκεια του εξαμήνου. Επιπλέον θα
ήθελα να ευχαριστήσω τον συνυπεύθυνο του project Δρ. Ιωάννη Μαριά για την
υποστήριξη και την καθοδήγηση του.
Σε δεύτερη φάση, θα ήθελα να ευχαριστήσω τον όμιλο ΟΤΕ-Cosmote για την
έμπρακτη εμπιστοσύνη που έδειξε στο πανεπιστήμιο και στους φοιτητές του τμή-
ματος μας. Πιο συγκεκριμένα θα ήθελα να ευχαριστήσω τους υπευθύνους του
μουσείου τηλεπικοινωνιών για την άψογη συνεργασία που είχαμε κατά τη διάρ-
κεια κατασκευής της εφαρμογής και τον κ. Σπύρο Πολίτη που σαν υπεύθυνος των
project του ΟΤΕ, αλλά και σαν φίλος, στάθηκε πάντα διπλά μας και αποτέλεσε
συνδετικό κρίκο ανάμεσα σε ΟΤΕ και ΟΠΑ.
δε θα μπορούσα να παραλείψω να εκφράσω την ευγνωμοσύνη μου στους δυο
συμφοιτητές μου, Δημήτρη Μενδρινό και Δημήτρη Αλιβάνιστο, που μαζί κατα-
σκευάσαμε τη συγκεκριμένη εφαρμογή. Αισθάνομαι τυχερός που δουλέψαμε μαζί
και ελπίζω στο μέλλον, πάρα το γεγονός ότι πλέον όλοι έχουμε χαράξει διαφορε-
τικές πορείες, να συναντηθούμε και να συνεργαστούμε ξανά.
Τέλος τίποτα δε θα ήταν δυνατό να γίνει χωρίς την υποστήριξη των κοντι-
νών μου πρόσωπων. Πιο συγκεκριμένα θα ήθελα να ευχαριστήσω τους γονείς μου
Χρηστό και Ευτυχία που μοχθούν ώστε να μη μας λείψει τίποτα, τον αδελφό μου
Βασίλη, που έκτος από το κοντινότερο μου πρόσωπο είναι και ο καλύτερος μου
σύμβουλος σε θέματα σπουδών, και τέλος την Τάνια που μου παρέχει την κατάλ-
ληλη ηρεμία και με αποσπά για λίγο από την καθημερινή ρουτίνα.
Αγγελόπουλος Σπυρίδων

9. ΠΕΡΙΛΗΨΗ
Η επαυξημένη πραγματικότητα (augmented reality ή AR) είναι μιαν πολλά υπο-
σχόμενη τεχνολογία που χρησιμοποιείται για να αποτυπώσει-ενισχύσει τα στοι-
χειά του πραγματικού κόσμου χρησιμοποιώντας εικονικά αντικείμενα που έχουν
παραχθεί από υπολογιστή. Με τη βοήθεια της εξελιγμένης επαυξημένης πραγ-
ματικότητας, οι πληροφορίες του περιβάλλοντος χώρου που λαμβάνει ο χρηστής
αποκτούν έναν εντελώς διαφορετικό χαρακτήρα, πολύ πιο άμεσο , διαδραστικό
και συναρπαστικό, άμεσα κατευθυνόμενες από τον ίδιο το χρηστή.
Στη σημερινή εποχή η ανάπτυξη εφαρμογών AR είναι ευρύτατα διαδεδομένη
και υιοθετημένη από πολλούς τομείς της επιστήμης ή και της καθημερινής μας
ζωής. Τομείς όπως η ιατρική, η αρχιτεκτονική, η άμυνα, ο βιομηχανικός σχεδια-
σμός, η εκπαίδευση, το μάρκετινγκ και η ψυχαγωγία αποτελούν μονάχα ενα μέρος
του συνεχώς αυξανόμενου πεδίου εφαρμογής της συγκεκριμένης τεχνολογίας.
Αν και δεν υπάρχει περιορισμός τεχνολογιών και τεχνικών που μπορούν να
χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή ενός συστήματος επαυξημένης πραγματικό-
τητας, εντούτοις υπάρχει ένα συγκεκριμένο εύρος αρχών και τεχνικών που διέπουν
κάθε AR σύστημα, με κυριότερα παραδείγματα τις τεχνικές ανίχνευσης, προβολής
και αλληλεπίδρασης.
Στη συγκεκριμένη εργασία παρουσιάζεται ένας πλήρης οδηγός κατασκευής
μιας πολυμεσικής , διαδραστικής, marker based, mobile εφαρμογής επαυξημένης
πραγματικότητας για την αναβάθμιση της περιήγησης στα εκθέματα του μουσείου
τηλεπικοινωνιών του ΟΤΕ. Μέσω της χρήσης των πιο τεχνολογικά εξελιγμένων
και συνάμα ελεύθερων εργαλείων, όπως το Unity game engine και το Qualcomm
Vuforia SDK , κατασκευάζεται βήμα προς βήμα μια μη εμπορική εφαρμογή που
ενισχύει την αλληλεπίδραση με τα εκθέματα του μουσείου, δε μειονεκτεί σε τίποτα
από επαγγελματικές-εμπορικές εφαρμογές του κλάδου και προσφέρει τη δυνατό-
τητα για μελλοντικές επεκτάσεις και αναβαθμίσεις.
Λέξεις Κλειδιά
Επαυξημένη πραγματικότητα, ανίχνευση δεικτών, εφαρμογή AR, μουσέιο τηλε-
πικοινωνιών ΟΤΕ, Qualcomm Vuforia SDK, Unity Game Engine

11. ABSTRACT
Augmented reality (or simply AR) is a highly promising technology that is used
to capture and enhance the real world elements using virtual, computer generated
objects. With the aid of advanced augmented reality, the environmental information
received by the user, acquire an entirely different character, much more direct,
interactive and exciting, manipulated directly by the user himself.
Nowadays the development of AR applications is widespread and adopted by
several scientific disciplines or everyday life aspects. Areas such as medicine,
architecture, defense, industrial design, education, marketing and entertainment
are only a part of the constantly widen application scope of this technology.
Albeit the absence of technological and technical limitations that can be used to
build an augmented reality system, however, there is a certain range of techniques
and principles characterizing each AR system, with the most significant instances
to be the detection, the projection and the interaction techniques.
This dissertation presents a comprehensive construction manual for an fully
interactive, marker based, augmented reality mobile application aimed to upgrade
the guided tour experience of the Greek Museum of Telecommunications. Through
the use of the most technologically advanced, yet free, software tools such as Unity
game engine and Qualcomm Vuforia SDK, we managed to construct step by step
a non-commercial application which enhances the interaction with the exhibits
of the museum, offers the possibility for several future expansions or upgrades
and simultaneously an applications which is inferior in nothing from professional
industry applications.
Keywords
Augmented Reality, Marker Detection, AR Application, Qualcomm Vuforia SDK,
Unity Game Engine, Greek Museum of Telecommunications

13. ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ
1. Εισαγωγή . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.1 Εισαγωγή στην επαυξημένη πραρματικότητα . . . . . . . . . . . 19
1.2 Παρελθόν, παρόν και μέλλον . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.2.1 Τα πρώτα βήματα . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
1.2.2 Το AR σήμερα . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.2.3 Η επόμενη ημέρα . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.3 Εφαρμόζοντας το AR στη ζωή μας . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
1.3.1 AR και ιατρική . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
1.3.2 AR και στρατός-άμυνα . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
1.3.3 AR και εκπαίδευση . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
1.3.4 AR και διαφήμιση-εμπόριο . . . . . . . . . . . . . . . . 28
1.3.5 AR και ψυχαγωγία . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
1.3.6 Επιπλέον κατηγορίες εφαρμογών του AR . . . . . . . . . 30
1.3.7 Διάσημες εφαρμογές φορητών συσκευών . . . . . . . . . 31
1.4 Επαυξημένη πραγαμτικότητα στα μουσεία . . . . . . . . . . . . . 31
2. Τεχνολογία Συστημάτων Επαυξημένης Πραγματικότητας . . . . . . . . . 36
2.1 Συστήματα απεικόνισης . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.1.1 Οπτικά διάφανη απεικόνιση . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.1.2 Βίντεο διαφανή απεικόνιση . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.1.3 Άμεση προβολή . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.1.4 Χωρικές οθόνες χειρός . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.2 Τεχνικές ανίχνευσης . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.2.1 Ανίχνευση με χρήση αισθητήρων . . . . . . . . . . . . . 40
2.2.2 Ανίχνευση με χρήση υπολογιστικής όρασης . . . . . . . . 41
2.2.3 Υβριδική ανίχνευση . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
2.3 Τεχνικές διάδρασης . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
2.3.1 Αλληλεπίδραση μέσω αφής . . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.3.2 Αλληλεπίδραση μέσω χειρονομίας-κίνησης . . . . . . . . 45
2.3.3 Αλληλεπίδραση μέσω ομιλίας . . . . . . . . . . . . . . . 46

14. Περιεχόμενα 14
3. Μελέτη και Σχεδιασμός της Εφαρμογής . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.1 Το μουσείο τηελεποικοινωνιών ΟΤΕ . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.2 Επιλογή εκθεμάτων επενέργειας της εφαρμογής . . . . . . . . . . 51
3.2.1 Τηλεοπτικό studio του 1965 . . . . . . . . . . . . . . . . 51
3.2.2 Χειροκίνητο τηλεφωνικό κέντρο του 1950 . . . . . . . . 52
3.2.3 Τηλεφωνικός θάλαμος του 1930 . . . . . . . . . . . . . . 52
3.3 Εξαγωγή απαιτήσεων . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.3.1 Λειτουργικές απαιτήσεις . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
3.3.2 Μη λειτουργικές απαιτήσεις . . . . . . . . . . . . . . . . 54
3.3.3 Επιθυμητά χαρακτηριστικά . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.4 Σενάρια χρήσης . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.4.1 «Αγαπητοί τηλεθεατές, καλησπέρα σας» . . . . . . . . . 55
3.4.2 «Σας συνδέω αμέσως» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
3.4.3 «Στην παλιά Αθήνα» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
3.5 Επιλογή τεχνολογιών και εργαλείων ανάπτυξης . . . . . . . . . . 56
3.5.1 Επιλογή τεχνολογιών επαυξημένης πραγματικότητας . . . 57
3.5.2 Επιλογή SDK επαυξημένης πραγματικότητας . . . . . . . 57
3.5.3 Το Qualcomm Vuforia SDK . . . . . . . . . . . . . . . . 59
3.5.4 Επιλογή λογισμικού ανάπτυξης . . . . . . . . . . . . . . 59
3.5.5 Το Unity Game Engine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
3.5.6 Επιλογή υποστηρικτικών εργαλείων . . . . . . . . . . . . 61
4. Ανάπτυξη Εφαρμογής . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
4.1 Επιλογή και αναγνώριση σημείων ανίχνευσης . . . . . . . . . . . 64
4.1.1 Εντοπισμός κατάλληλων σημείων ανίχνευσης . . . . . . . 64
4.1.2 Αναγνώριση σημείων μέσω Vuforia και Unity . . . . . . . 67
4.2 Καθορισμός και κατασκευή γραφικών μοντέλων . . . . . . . . . 67
4.2.1 Κατασκευή τρισδιάστατων μοντέλων . . . . . . . . . . . 69
4.2.2 Χρήση ετοίμων γραφικών μοντέλων . . . . . . . . . . . . 71
4.3 Δημιουργία βασκικού μενού επιλογών . . . . . . . . . . . . . . . 71
4.3.1 Εμφάνιση βασικού μενού στα σημεία αναγνώρισης . . . . 72
4.4 Κατασκευή και διαχείριση των panel menus . . . . . . . . . . . . 74
4.4.1 Κατασκευή πλαισίου προβολής εικόνων . . . . . . . . . . 74
4.4.2 Κατασκευή πλαισιού παροχής πληροφοριών κειμένου . . 75
4.5 Προσθήκη επιλογής βίντεο . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
4.6 Δημιουργία σεναρίων διάδρασης . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
4.6.1 Δημιουργία σεναρίου διάδρασης τηλέφωνου τηλεφωνικού
θαλάμου . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
4.6.2 Δημιουργία σεναρίου διάδρασης τηλεφωνικού κέντρου . 80
4.7 Βελτιστοποίηση και ολοκλήρωση της εφαρμογής . . . . . . . . . 81
4.7.1 Εισαγωγή textures και background . . . . . . . . . . . . . 82

15. Περιεχόμενα 15
4.7.2 Εισαγωγή ηχητικών εφέ . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
4.7.3 Εισαγωγή εφέ κίνησης . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
4.7.4 Ενσωμάτωση πολυμεσικού περιεχομένου . . . . . . . . . 84
4.7.5 Έλεγχος και διόρθωση κατά την ολοκλήρωση κατασκευής 84
4.8 Υποστηρικτικά scripts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
5. Παρουσίαση και Αξιολόγηση Εφαρμογής . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
5.1 Αναλυτική περιγραφή λειτουργιών . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
5.1.1 Μενού έναρξης . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
5.1.2 Αναγνώριση δεικτών . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
5.1.3 λειτουργία προβολής πληροφοριών κειμένου . . . . . . . 90
5.1.4 λειτουργία προβολής εικόνων . . . . . . . . . . . . . . . 90
5.1.5 λειτουργία προβολής βίντεο . . . . . . . . . . . . . . . . 93
5.1.6 λειτουργία αλληλεπίδρασης με τα εκθέματα . . . . . . . . 93
5.2 Αξιολόγηση και ικανοποίηση απαιτήσεων . . . . . . . . . . . . . 98
5.2.1 Ικανοποίηση λειτουργικών απαιτήσεων . . . . . . . . . . 98
5.2.2 Ικανοποίηση μη λειτουργικών απαιτήσεων . . . . . . . . 99
5.2.3 Ικανοποίηση επιθυμητών χαρακτηριστικών . . . . . . . . 100
5.3 Δυνατότητες επέκτασης και αναβάθμισης λειτουργικότητας . . . 101
6. Παράρτημα Α: Υποστηρικτικά Scripts Κώδικα Εφαρμογής . . . . . . . . 104
7. Παράρτημα B: Οδηγίες Εγκατάστασης Εφαρμογής . . . . . . . . . . . . 132

16. ΛΙΣΤΑ ΕΙΚΟΝΩΝ ΚΑΙ ΣΧΗΜΑΤΩΝ
1.1 Συνεχές Milgram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.2 Πρώτες εφευρέσεις επαυξημένης πραγματικότητας . . . . . . . . 21
1.3 Εφαρμογές AR στη σημερινή εποχή . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.4 Μελλοντικές εφαρμογές AR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
1.5 Image guided surgery . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
1.6 Ultrasound imaging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
1.7 Εφαρμογές υποβοήθησης μάχης . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
1.8 Εφαρμογές ψυχαγωγικού χαρακτήρα . . . . . . . . . . . . . . . . 30
1.9 Εφαρμογές ευρύτερου φάσματος . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
1.10 AR mobile εφαρμογές . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
1.11 Παραδείγματα AR εφαρμογών σε μουσεία . . . . . . . . . . . . . 33
2.1 Οπτικά διαφανή απεικόνιση . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.2 Βίντεο διαφανή απεικόνιση . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.3 Αρμογές άμεσης προβολής . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.4 Sensor based ανίχνευση . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.5 Marker based ανίχνευση . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2.6 Ανίχνευση μοντέλου και χαρακτηριστικών . . . . . . . . . . . . . 43
2.7 Διαπαφές αφής . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.8 Διεπαφές αναγνώρισης χειρονομιών και κινήσεων . . . . . . . . . 46
3.1 Μουσείο τηλεπικοινωνιών ΟΤΕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
3.2 Τηλεοπτικό studio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
3.3 Χειροκίνητο τηλεφωνικό κέντρο . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
3.4 Τηλεφωνικός θάλαμος . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.5 Σύγκριση AR SDK’s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
3.6 Qualcomm Vuforia SDK. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
3.7 Unity game engine. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
3.8 Βοηθητικά προγράμματα . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
4.1 Αρχική επιλογή δεικτών ανίχνευσης . . . . . . . . . . . . . . . . 66
4.2 Δείκτες ανίχνευσης τηλεφωνικού κέντρου . . . . . . . . . . . . . 66
4.3 Vuforia license και target manager . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
4.4 Τρισδιάστατο εικονικό κέρμα . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

17. Λίστα Εικόνων και Σχήματων 17
4.5 Δισδιάστατο καντράν τηλεφώνου . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
4.6 Τρισδιάστατα βύσματα με καλώδιο . . . . . . . . . . . . . . . . 70
4.7 Τρισδιάστατο τηλέφωνο . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
4.8 Τρισδιάστατα menu buttons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
4.9 Προσθήκη μενού στα σημεία αναγνώρισης . . . . . . . . . . . . 73
4.10 Εμφάνιση μενού κατά την αναγνώριση. . . . . . . . . . . . . . . 73
4.11 Κατασκευή πλαισίου εμφάνισης εικόνων . . . . . . . . . . . . . . 75
4.12 Κατασκευή πλαισίου εμφάνισης πληροφοριών κειμένου . . . . . 76
4.13 Κατασκευή πλαισίου προβολής βίντεο . . . . . . . . . . . . . . . 77
4.14 Κατασκευή σεναρίου διάδρασης τηλεφωνικού θαλάμου . . . . . . 79
4.15 Προσομοίωση διαδικασίας κλήσης τηλέφωνου με καντράν . . . . 79
4.16 Κατασκευή σεναρίου διάδρασης τηλεφωνικού κέντρου . . . . . . 81
4.17 Προσθήκη εικόνων για επικάλυψη και φόντο . . . . . . . . . . . 83
4.18 Προσθήκη εφέ κινήσεων . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
5.1 Στιγμιότυπο κεντρικού μενού εφαρμογής . . . . . . . . . . . . . 88
5.2 Παράδειγμα αναγνώρισης δεικτών και εμφάνισης μενού επιλογών 89
5.3 Παράδειγμα πλαισίου επιλογής πληροφοριών κειμένου . . . . . . 90
5.4 Παράδειγμα πλαισίου κειμένου . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
5.5 Παράδειγμα λειτουργίας προβολής εικόνων . . . . . . . . . . . . 92
5.6 Παράδειγμα λειτουργίας βίντεο . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
5.7 Παράδειγμα σεναρίου διάδρασης τηλεφωνικού θαλάμου 1 . . . . 94
5.8 Παράδειγμα σεναρίου διάδρασης τηλεφωνικού θαλάμου 2 . . . . 95
5.9 Παράδειγμα σεναρίου διάδρασης τηλεφωνικού θαλάμου 3 . . . . 96
5.10 Παράδειγμα σεναρίου διάδρασης τηλεφωνικού κέντρου . . . . . . 97

19. Κεφάλαιο 1
Εισαγωγή
1.1 Εισαγωγή στην επαυξημένη πραρματικότητα
Ο όρος Επαυξημένη Πραγματικότητα (Augmented reality η εν συντομία AR) χα-
ρακτηρίζει μια πραγματικού χρόνου άμεση η έμμεση απεικόνιση του φυσικού κό-
σμου του οποίου τα στοιχεία έχουν εμπλουτιστεί (επαυξηθεί) από αισθητηριακά
ερεθίσματα (sensory inputs), που έχουν παραχθεί από υπολογιστική μηχανή, όπως
ήχος, βίντεο, γραφικά η δεδομένα GPS [1].
Ακόμα και σήμερα δεν υπάρχει κάποιος καθολικά αποδεκτός ορισμός της επαυ-
ξημένης πραγματικότητας, με αποτέλεσμα να υπάρχουν διάφορες ερμηνείες του
όρου, είτε πιο αυστηρές είτε πιο ελεύθερες. Ο πιο ευρέως αποδεκτός, όμως, ορι-
σμός είναι ο ορισμός του Azuma σύμφωνα με τον οποίο ένα AR σύστημα κα
πρέπει να ικανοποιεί 3 συνθήκες [2]:
• Να συνδυάζει το πραγματικό με το εικονικό
• Να είναι αλληλεπιδραστικό σε πραγματικό χρόνο
• Να λειτουργεί αναφορικά με τον πραγματικό τρισδιάστατο κόσμο
Η Επαυξημένη Πραγματικότητα δε θα πρέπει να συγχέεται με την Εικονική
Πραγματικότητα (η Εικονικό Περιβάλλον) καθώς κατά την πρώτη περίπτωση ο
πραγματικός κόσμος ενισχύεται μέσω της υπέρθεσης εικονικών στοιχείων και
πληροφοριών σε πραγματικό χρόνο, ενώ κατά τη δεύτερη περίπτωση ο πραγμα-
τικός κόσμος αντικαθίσταται εξ ολοκλήρου από έναν εικονικό- τεχνητό.Η έννοια
του Συνεχούς Πραγματικότητας-Εικονικότητας εισήχθη για πρώτη φορά από τον
Paul Milgram[3] και χαρακτηρίζεται από μια συνεχή κλίμακα που κυμαίνεται με-
ταξύ του της εντελώς πραγματικής πραγματικότητας και της εντελώς εικονικής
εικονικότητας. Ως εκ τούτου, το συνεχές πραγματικότητας-εικονικότητας περι-
λαμβάνει όλες τις πιθανές παραλλαγές και συνθέσεις των πραγματικών και ει-
κονικών αντικειμένων. Η περιοχή μεταξύ των δύο άκρων, όπου ο πραγματικός

20. 1. Εισαγωγή 20
και ο εικονικός κόσμος αναμιγνύονται, ορίζεται ως μικτή πραγματικότητα (Mixed
reality). Η μικτή πραγματικότητα διαχωρίζεται σε δυο υπό-κατηγορίες, την επαυ-
ξημένη πραγματικότητα, όπου η εικονικότητα αυξάνει την πραγματικότητα, και
την επαυξημένη εικονικότητα, όπου η πραγματικότητα αυξάνει την εικονικότητα.
Fig. 1.1: Το συνεχές πραγματικότητας-εικονικότητας που εισήχθη από τον Paul
Milgram[24]
Πιο συγκεκριμένα η Επαυξημένη Πραγματικότητα αποσκοπεί στην απλού-
στευση της ζωής του χρήστη, παραθέτοντας εικονικές πληροφορίες στο άμεσο
περιβάλλον του καθώς ενισχύει την αντίληψη του και την αλληλεπίδραση με τον
πραγματικό κόσμο. Οι πληροφορίες που διαβιβάζονται από το εικονικό αντικεί-
μενο προς τον χρήστη μπορούν να χρησιμοποιηθούν τόσο για την εκτέλεση σημα-
ντικών εργασιακών καθηκόντων, όσο και για ψυχαγωγικούς σκοπούς. Είναι λάθος
να θεωρούμε ότι το AR περιορίζεται σε ένα συγκεκριμένο εύρος τεχνολογιών και
συσκευών, όπως επίσης δε μπορούμε να ισχυριστούμε ότι περιορίζεται μοναχά
στην αίσθηση της όρασης. Αντιθέτως μπορεί δυνητικά να εφαρμόζεται σε περισ-
σότερες αισθήσεις, επαυξάνοντας την όσφρηση, την αφή και την ακοή. Μια πολύ
ενδιαφέρουσα πρόκληση της Επαυξημένης Πραγματικότητας είναι η χρήση της
ως μέσω ενίσχυσης ή υποκατάστασης αισθήσεων σε χρήστες με εξασθενημένες
αισθήσεις, όπως ενίσχυση της όρασης των τυφλών ατόμων με τη χρήση ηχητικών
σημάτων, ή την αύξηση της ακοής κωφών ατόμων με τη χρήση οπτικών στοιχείων.
1.2 Παρελθόν, παρόν και μέλλον
Αν και ο όρος ”Επαυξημένης Πραγματικότητα” φαίνεται ότι αποδόθηκε για πρώτη
φορά το 1990 από τον Tom Caudell[4] που εργαζόταν ως ερευνητής στην Boeing,
εντούτοις η ιστορία του AR αρχίζει πολύ νωρίτερα, τη στιγμή που ο άνθρωπος
άρχισε να κατασκευάζει συσκευές που θα μπορούσαν να παρέχουν πληροφορίες
στους χρήστες αναφορικά με το περιβάλλον στο όποιο βρίσκονται.

21. 1. Εισαγωγή 21
1.2.1 Τα πρώτα βήματα
Η πρώτη απόπειρα ξεκίνησε το 1957, όταν ο Morton Helig άρχισε να κατασκευά-
ζει ένα μηχάνημα που το ονόμασε Sensorama. Το μηχάνημα είχε σχεδιαστεί ως
μια επαναστατική για την εποχή εφεύρεση που έδινε στον χρήστη μια κινημα-
τογραφική εμπειρία που αξιοποιούσε όλες τις αισθήσεις του. Κατά τη χρήση της
μηχανής ο χρήστης αισθανόταν να τον φύσει ο άνεμος, να δονείται το κάθισμα
του, ήχους να ακούγονται γύρω του και στο μπροστινό μέρος και τις πλευρές του
κεφαλιού του να προβάλλεται ένα προβλεπόμενο στερεοσκοπικό 3D περιβάλλον.
Παρά την επαναστατικότητα της εφεύρεσης εντούτοις δεν κατάφερε να βγει στην
αγορά λόγω του πολύ υψηλού της κόστους. Αν και στην πραγματικότητα ήταν πε-
ρισσότερο συσκευή εικονική πραγματικότητα, είναι σαφές ότι υπάρχουν αρκετά
στοιχεία του AR που εμπλέκονται σε αυτήν.
Fig. 1.2: Οι συσκευές Sensorama, Karma και HUD αποτέλεσαν τις πρώτες συσκευές επαυ-
ξημένης πραγματικότητας[24, 26, 25].
Το 1966 ο καθηγητής Ιβάν Sutherland [5] των Ηλεκτρολόγων Μηχανικών στο
Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ εφηύρε το πρώτο μοντέλο μιας από τις πιο σημα-
ντικές συσκευές που χρησιμοποιούνται τόσο στο AR όσο και στο VR σήμερα -

22. 1. Εισαγωγή 22
την προσαρμοσμένη στο κεφάλι οθόνη ή αλλιώς HMD. Ήταν μία μνημειώδης
συσκευή που στην πραγματικότητα ήταν εξαιρετικά βαριά για να μπορέσει κά-
ποιος χρήστης να τη φορέσει στο κεφάλι του και έτσι ήταν κρεμασμένη από το
ταβάνι του εργαστηρίου. Όντας στα σπάργανα της τεχνολογίας των υπολογιστών,
τα γραφικά που χρησιμοποιούσε η συσκευή ήταν αρκετά περιορισμένα. Παρόλα
αυτά δε μπορεί να υποβαθμιστεί το γεγονός ότι η συγκεκριμένη μηχανή αποτέλεσε
το πρώτο βήμα στην εφαρμογή του AR.
Μετά από ένα χρονικό άλμα περίπου 20 χρόνων φτάνουμε στον Tom Caudell
και την Boeing που αναφέραμε στην αρχή. Ο Caudell κατά τη διάρκεια της προ-
σπάθειας του να απλουστεύσει τη διαδικασία παραγωγής και κατασκευής των αε-
ροπλάνων άρχισε να εφαρμόζει τεχνολογίες εικονικής πραγματικότητας. Το απο-
τέλεσμα αυτής της προσπάθειας ήταν ένα πολύπλοκο λογισμικό που μπορούσε να
παραθέσει τις θέσεις όπου ορισμένα καλώδια έπρεπε να τοποθετηθούν κατά τη
διαρκεία της κατασκευής. Έτσι δε χρειαζόταν πλέον οι μηχανικοί να ερμηνεύουν
πολύπλοκα σχεδία και κείμενα.
Κατά την ιδία περίπου περίοδο αρκετές ομάδες από διαφορετικά μέρη πραγμα-
τοποίησαν μεγάλα βήματα σε αυτόν τον νέο κόσμο. Ο LB Rosenberg[6] δημιουρ-
γεί για την Πολεμική Αεροπορία των ΗΠΑ τον εικονικό εξοπλισμό-VIRTUAL
FIXTURES που είναι ευρέως αναγνωρισμένο ως το πρώτο λειτουργικό σύστημα
AR. Μια άλλη ομάδα, που αποτελούταν από τους Steven Feiner, Blair MacIntyre
και Doree Seligmann υπέβαλε ένα έγγραφο σχετικά με ένα πρωτότυπο σύστημα
που το αποκάλεσαν KARMA[7] (AR για βοήθεια συντήρησης βασισμένη στη
γνώση η Knowledge-based Augmented Reality for Maintenance Assistance) . Η
ομάδα κατασκεύασε ένα HMD με σκοπό να δείξουν μέσω χρήσης γραφικών στους
ανθρώπους πώς να φορτώνουν και να επισκευάζουν έναν εκτυπωτή χωρίς την ανά-
γκη οδηγιών.Λίγο αργότερα, το 1994, η τέχνη αποκτά την πρώτη της επαφή με το
AR όταν ο Julie Martin ένα show στην Αυστραλία που ονομαζόταν Dancing in
Cyberspace, όπου χορευτές και ακροβάτες αλληλεπιδρούσαν με εικονικά αντικεί-
μενα που προβάλλονταν στο χώρο.
Μέχρι το 1999, το AR βρισκόταν μοναχά στα εργαστήρια και αποτελούσε
εργαλείο των επιστημόνων. Λόγο τόσο του πολύ υψηλού κόστους εξοπλισμού
όσο και του περίπλοκου λογισμικού το AR παρέμενε ξένο για τον μέσο χρήστη.
Η πρώτη επανάσταση όμως ήρθε όταν ο Hirokazu Kato of the Nara Institute of
Science and Technology κυκλοφόρησε το ARToolKit στην κοινότητα ανοικτού
κώδικα[8]. Έτσι κάθε χρήστης είχε τη δυνατότητα πλέον με μια φορητή συσκευή
με φωτογραφική μηχανή και μια σύνδεση στο Internet να συνδυαστεί τη λήψη
βίντεο του πραγματικού κόσμου με την αλληλεπίδραση εικονικών στοιχείων. Το
2000 ένα άλλο γεγονός επίσης έφερε την επανάσταση στον κόσμο του AR όταν ο
Bruce Thomas[9] από το Πανεπιστήμιο της Νότιας Αυστραλίας κατασκεύασε το
πρώτο παιχνίδι επαυξημένης πραγματικότητας, το ARQuake. .Με τη χρήση δεδο-
μένων gps ο χρήστης πλέον μπορούσε να κατευθύνεται χωρίς κανένα χειριστήριο

23. 1. Εισαγωγή 23
στον περιβάλλον του παιχνιδιού. Πλέον το AR είχε αρχίσει να μπαίνει δυναμικά
στη ζωή μας και να αποτελεί έναν πολύ φιλόδοξο και εμπορικό τομέα.
1.2.2 Το AR σήμερα
Σήμερα η Επαυξημένη Πραγματικότητα έχει πάψει να είναι ένα παιχνίδι επιστημό-
νων μέσα σε εργαστήρια και πλέον βρίσκεται κυριολεκτικά στα χεριά κάθε απλού
χρηστή. Ταυτόχρονα με τη ραγδαία εξέλιξη της τεχνολογίας των υπολογιστών το
AR κατάφερε να διεισδύσει στον κόσμο των smartphones και σήμερα να έχει κυ-
ριαρχήσει μέσα από εκατοντάδες εφαρμογές. Χρησιμοποιώντας τις δυνατότητες
των σύγχρονων φορητών συσκευών, όπως video camera, γυροσκόπιο, gps κ.α, οι
εφαρμογές Επαυξημένης πραγματικότητας παρέχουν μια μοναδική και επαναστα-
τική εμπειρία χρήσης που συνδυάζει λειτουργικότητα, ψυχαγωγία και ρεαλισμό.
Ταυτόχρονα με τον τομέα των έξυπνων τηλεφώνων ο τομέας των ηλεκτρονικών
παιχνιδιών κινεί την ατμομηχανή του AR .
Πολλές εταιρίες που ασχολούνται με το AR έχουν ιδρυθεί τα τελευταία χρό-
νια, με καλυτέρα παραδειγματα αυτά των Wikitude, Total immersion, Layar και
Metaio, ενώ ταυτόχρονα εταιρίες κολοσσοί, όπως Google, Microsoft, Nintendo,
Sony,Adobe Systems, Qualcomm κ.α, συνεχώς επενδύουν όλο και περισσότερο σε
αυτόν τον ταχέως αναπτυσσόμενο τομέα. Τέλος το ενδιαφέρων τους έχουν εστιά
σει ακόμα και εταιρίες που σχετίζονται με παροχή και κατασκευή στρατιωτικού
υλικού με αρκετά παραδείγματα εταιριών να έχουν προωθήσει συσκευές AR στον
στρατό των Ηνωμένων Πολιτειών.
Fig. 1.3: Δυο χαρακτηριστηκές εφαρμογές AR από τις δεκάδες που κυκλοφορούν
σήμερα[27].
1.2.3 Η επόμενη ημέρα
Εάν αναλογιστούμε ότι ο όρος επινοήθηκε πριν μόλις 25 χρόνια και οι πρώτες

24. 1. Εισαγωγή 24
εφαρμογές έφτασαν στα χεριά των απλών χρηστών τα τελείταια περίπου 5 χρόνια
είναι πολύ εύκολο να συμπεράνουμε ότι η Επαυξημένη πραγματικότητα βρίσκεται
ακόμα σε εμβρυακό στάδιο. Παρά την αξιοσημείωτη επιτυχία που έχουν σημειώ-
σει αρκετές εφαρμογές, εξακολουθούν να υπάρχουν αρκετές προκλήσεις που πρέ-
πει να ξεπεραστούν τόσο σε επίπεδο υλικού και λογισμικού όσο και σε επίπεδο
ηθικής, καθώς υπάρχουν αρκετοί παράγοντες που πρέπει να ληφθούν υπόψη.
Fig. 1.4: Τόσο η εξέλιξη των γυαλιών επαυξημένης πραγματικότητας όσο και το real
environment gaming αποτελούν κάποιες από τις κυριότερες προκλήσεις του το-
μέα τα αμέσως επόμενα χρονιά[27, 28].
Ένα απλό παράδειγμα δυσκολιών σε επίπεδο υλικού είναι ότι το GPS είναι
ακριβές μόνο εντός 9-10 μέτρων ενώ ακόμα δε λειτουργεί τόσο καλά σε εσωτερι-
κούς χώρους. Επίσης μέχρι σήμερα οι εφαρμογές AR βασίζονται κυρίως σε φορη-
τές συσκευές με μικρή σχετικά οθόνη. Η πρόκληση για τις εφαρμογές τα επόμενα
χρόνια είναι, το να είναι περισσότερο φιλικές και άμεσες προς το χρήστη χρησι-
μοποιώντας συσκευές όπως εξελιγμένα γυαλιά ή ακόμα και φακούς επαφής. Με
αυτόν τον τρόπο μέρα με την ημέρα θα φτάσουμε στο τελικό-ιδεατό σημείο, που
κατά την επιστήμη της επικοινωνίας ανθρώπου - υπολογιστή ονομάζεται αόρατη
διαπάλη χρήστη, δηλαδή ο χρήστης να χρησιμοποιεί την εφαρμογή με απόλυτο
φυσικό τρόπο χωρίς να φαίνεται ότι χειρίζεται ένα μηχάνημα.
Ως προς τον τομέα της ηθικής υπάρχουν δυο βασικά ζητήματα που πρέπει να
διευθετηθούν. Το πρώτο έγκειται στον τομέα της προστασίας της ιδιωτικής ζωής,
καθώς πολύ συντομα θα υπάρχουν πολλές εφαρμογές αναγνώρισης εικόνας που
θα μπορούν να παρέχουν στους χρήστες τους προσωπικές πληροφορίες άλλων
ατόμων. Το δεύτερο και σημαντικότερο ίσως θέμα είναι ότι η εξάρτηση από την
επαυξημένη πραγματικότητα θα μπορούσε να σημαίνει ότι οι άνθρωποι χάνουν
την επαφή με τον πραγματικό κόσμο και αγνοούν αυτό που βρίσκεται μπροστά
στα μάτια τους, ένα φαινόμενο που μοιάζει αρκετά στο φαινόμενο ”CrackBerry”.
Αυτό θα σήμαινε ότι οι άνθρωποι θα χρησιμοποιούσαν μόνο τις AR εφαρμογές
τους ακόμα και σε μέρη που η φυσική επικοινωνία με άλλους ανθρώπους αποτελεί
καλύτερη εναλλακτική, όπως για παράδειγμα ένας καλός ξεναγός σε ένα μουσείο,
και συνεπώς θα δημιουργούσε προβλήματα αποξένωσης των ατόμων της κοινω-
νίας.

25. 1. Εισαγωγή 25
Παρά τις παραπάνω εύλογες ανησυχίες, το AR ανοίγει ορίζοντες για την αν-
θρωπότητα οι οποίες πριν από λίγα μόλις χρόνια θα βρίσκονταν πέρα από κάθε
φαντασία. Η εποχή όπου ο επισκέπτης μιας πόλης θα μπορεί να μαθαίνει χρήσι-
μες πληροφορίες για κάθε μέρος απλώς και μόνο σημαδεύοντας το με την AR
συσκευή του, η εποχή που οι γιατροί θα μπορούν να βλέπουν μπροστά στα μάτια
τους χρήσιμες πληροφορίες και οδηγίες κατά τη διάρκεια μιας εγχείρησης, η εποχή
που ηλεκτρονικά παιχνίδια απαράμιλης ρεαλιστικότητας θα λαμβάνουν χώρα σε
εξωτερικούς χώρους, δε βρίσκεται στο μακρινό μέλλον αλλά είναι ήδη ακριβώς
μπροστά μας[10].
1.3 Εφαρμόζοντας το AR στη ζωή μας
Με το πέρασμα των χρονών, οι ερευνητές και οι προγραμματιστές ανακαλύπτουν
όλο και περισσότερες περιοχές που θα μπορούσαν να επωφεληθούν από την επαυ-
ξημένη πραγματικότητα . Αν και οι πρώτες εφαρμογές επικεντρώθηκαν στους το-
μείς της άμυνας, της ιατρικής και της βιομηχανίας εντούτοις σήμερα ο αριθμός
των εφαρμογών που χρησιμοποιούν αυτήν την τεχνολογία αυξάνεται συνεχώς και
τα αποτελέσματα είναι σαφή σε ακόμα περισσότερους τομείς όπως το εμπόριο, η
ψυχαγωγία και η εκπαίδευση. Σε αυτήν την ενότητα θα παρουσιάσουμε συνοπτικά
μερικούς από τους βασικότερους τομείς όπου έχει αξιοποιηθεί η συγκεκριμένη τε-
χνολογία.
1.3.1 AR και ιατρική
Είναι γεγονός ότι η τεχνολογία απεικόνισης είναι ευρύτατα διαδεδομένη και
εξαιρετικά σημαντική σε όλον το ιατρικό τομέα, επομένως δεν αποτελεί έκπληξη
το γεγονός ότι η ιατρική θεωρείται ως ένας από τους πιο σημαντικούς τομείς της
επαυξημένης πραγματικότητας. Οι περισσότερες από τις ιατρικές εφαρμογές που
έχουν κατασκευαστεί σχετίζονται με αυτό που στην ιατρική ονομάζεται καθοδη-
γούμενη χειρουργική μέσω εικόνας.
Ήδη από το σχετικά μακρινό 2005, μια συσκευή που καταγράφει τις υποδό-
ριες φλέβες, και στη συνεχεία επεξεργάζεται και προβλέπει την αποτύπωση των
φλεβών πάνω στο δέρμα χρησιμοποιείται για να εντοπίσει τις φλέβες. Αυτή η συ-
σκευή ονομάζεται VeinViewer .
Όπως είναι γνωστό στον κόσμο της ιατρικής οι προ-εγχειρητικές εξετάσεις,
όπως είναι CT (αξονική τομογραφία) ή MRI (μαγνητική τομογραφία), παρέχουν
στον χειρουργό την απαραίτητη εικόνα της εσωτερικής ανατομίας του ασθενούς.
Ανάλογα με τα αποτελέσματα αυτών των εξετάσεων προγραμματίζεται κατάλ-
ληλα η χειρουργική επέμβαση. Μέσω της χρήσης της τεχνολογίας της επαυξη-

26. 1. Εισαγωγή 26
Fig. 1.5: Παράδειγμα υποβοήθησης εγχείρησης με χρήση τρισδιάστατων μοντέλων[27].
μένης πραγματικότητας γίνεται η οπτικοποίηση της ανατομίας της προσβεβλη-
μένης περιοχής με τη δημιουργία ενός 3D μοντέλου από τις πολλαπλές απόψεις
που έχουν προκύψει από την προ-εγχειρητική μελέτη. Το μοντέλο αυτό προβάλ-
λεται πάνω στο σώμα του ασθενούς για να βοηθήσει τη χειρουργική διαδικασία
και τη χειρουργική ομάδα επομένως μπορεί να βλέπει την αξονική και τη μαγνη-
τική τομογραφία του ασθενούς κατά τη διάρκεια του χειρουργείου. Αυτό έχει ως
αποτέλεσμα να αυξάνει η αποτελεσματικότητα και η ασφάλεια των χειρουργι-
κών επεμβάσεων και να μη χρησιμοποιούνται άλλες επώδυνες και χρονοβόρες
τεχνικές[11].
Fig. 1.6: Παράδειρα υπερηχογραφήματος με χρήση τεχνολογίας AR[29].

27. 1. Εισαγωγή 27
Τέλος μια ακόμα διαδεδομένη εφαρμογή για επαυξημένης πραγματικότητας
στον ιατρικό τομέα είναι σε απεικόνιση υπερήχων. Χρησιμοποιώντας ένα οπτικά
διάφανη οθόνη, ο τεχνικός υπερηχογραφημάτων μπορεί να δει ένα τρισδιάστατο
είδωλο του εμβρύου στην κοιλιά της εγκύου γυναίκας. Έτσι ο προγεννητικός έλεγ-
χος και η ταυτοποίηση του φύλου του έμβρυο μπορεί να γίνει πολύ πιο αποτελε-
σματικά και με πολύ ρεαλιστικό τρόπο.
1.3.2 AR και στρατός-άμυνα
Fig. 1.7: Δυο χαρακτηριστικές εφαρμογές του AR στον τομέα της άμυνας, η υποβοήθηση
πλοήγησης αεροσκαφών και η εικονική προσομοίωση μάχης[27].
Ένα πολύ μεγάλο μέρος της τρέχουσας έρευνας πάνω στον τομέων της επαυ-
ξημένης πραγματικότητας στα πανεπιστήμια και στις ιδιωτική βιομηχανία είναι το
αποτέλεσμα της στρατιωτικής χρηματοδότησης. Πολλές εταιρίες που σχετίζονται
με το AR έχουν υπογράψει συμβάσεις με το στρατό, την Πολεμική Αεροπορία και
το Ναυτικό με σκοπό να αναπτύξουν συσκευές και εφαρμογές που θα υποβοηθούν
τους στρατιώτες σε κατάσταση πολέμου ή θα τους προστατεύουν από πιθανούς
κινδύνους.
Η εφαρμογή των HUD[12] αποτελεί μια από τις πρώτες και πιο διαδεδομέ-
νες εφαρμογές του AR στην άμυνα. Μέσω της χρήσης των HUD παρουσιάζονται
χρήσιμες πληροφορίες για τον πιλότο στο παρμπρίζ του cockpit στο μπροστινό
μέρος του κράνους πτήσης. Αυτή η τεχνολογία πιθανότατα μπορεί να επεκταθεί
περά από του πιλότους και στις χερσαίες δυνάμεις.
Μια ακόμα εφαρμογή που θα μπορούσε να έχει πρόσθετα οφέλη στην ετοι-
μότητα και ικανότητα των στρατιωτικών δυνάμεων είναι η δημιουργία εικονικών
σεναρίων μάχης μεγάλης κλίμακας που προσομοιώνουν σε συνθήκες πραγματικής
μάχης με σκοπό την εκπαίδευση των στρατιωτών σε πολύ ρεαλιστικές συνθήκες.

28. 1. Εισαγωγή 28
Ένα τέτοιο σύστημα έχει ήδη μελετηθεί και αναπτυχτεί από τον Dr. Simon Julier
του UCL, με την ονομασία Battlefield Augmented Reality System (BARS)[13].
1.3.3 AR και εκπαίδευση
Εφαρμογές επαυξημένης πραγματικότητας μπορεί να συμπληρώσουν ένα πρό-
τυπο πρόγραμμα σπουδών και να συμβάλουν στην καλύτερη και σε βάθος εκ-
παίδευση των νέων και όχι μόνο.
Μέσω της χρήσης κείμενου, γραφικών, βίντεο και ήχου μπορούν οι εφαρμογές
αυτές να υιοθετηθούν από τα σχολεία και να ενταθούν στο πραγματικό περιβάλλον
του μαθητή. Πιο συγκεκριμένα οι σελίδες των συγγραμμάτων η άλλου εκπαιδευ-
τικού υλικού μπορεί να περιέχουν ενσωματωμένους δείκτες (markers) που, κατά
τη σάρωση από μια συσκευή AR, να παράγουν συμπληρωματικές πληροφορίες
για το μαθητή με τη μορφή πολυμέσων. Έτσι οι μαθητές μπορούν να αλληλεπι-
δρούν με εικονικά μοντέλα που προσομοιώνουν με πραγματικά ιστορικά γεγο-
νότα, εξερευνώντας και μαθαίνοντας λεπτομέρειες για αυτό με πολύ πρωτότυπο
και εν-διαφέρον τρόπο. Οι εφαρμογές αυτές μπορούν να αφορούν πολλά διαφορε-
τικά μαθήματα σε όλες τις βαθμίδες εκπαίδευσης, από το νηπιαγωγείο μέχρι την
τριτοβάθμια εκπαίδευση, με κατάλληλες προσαρμογές ανάλογα με την ηλικία και
το επίπεδο εμβάθυνσης στην επιστήμη.
Η τεχνολογία της επαυξημένης πραγματικότητας επιτρέπει επίσης τη μάθηση
μέσω εξ αποστάσεως συνεργασία, στην οποία οι μαθητές και εκπαιδευτικοί από
διαφορετικές τοποθεσίες μπορούν να μοιράζονται ένα κοινό εικονικό μαθησιακό
περιβάλλον που αποτελείται από εικονικά αντικείμενα και υλικά μάθησης και να
αλληλεπιδρούν μέσα σε αυτό το περιβάλλον.
Οι εφαρμογές που χρησιμοποιούν επαυξημένη πραγματικότητα αποτελούν μια
επανάσταση για τη γνώση μέσα και έξω από την τάξη. Το μείγμα πραγματικής
ζωής και εικονικής πραγματικότητας που εμφανίζεται από τις εφαρμογές επιτρέπει
την παρουσίαση και την κατανόηση της πληροφορίας όπως ποτέ πριν. Πολλές
τέτοιες εφαρμογές έχουν σχεδιαστεί για να δημιουργούν ένα εξαιρετικά ελκυστικό
περιβάλλον που μετατρέπουν την απόκτηση γνώσης σε μια πολύ ενδιαφέρουσα
και συναρπαστική διαδικασία.
1.3.4 AR και διαφήμιση-εμπόριο
Το ηλεκτρονικό εμπόριο θεωρείται ως μία από τις πιο διαδεδομένες και προσο-
δοφόρες από τις εφαρμογές του AR. Μέσω του AR ο πελάτης-χρήστης έχει μια
δυνατότητα που ποτέ δεν είχε στο παρελθόν, να ενισχύσει την προεπισκόπηση του
προϊόντος, όπως για παράδειγμα να δει τι υπάρχει στο εσωτερικό της συσκευασίας

29. 1. Εισαγωγή 29
ενός προϊόντος χωρίς να το ανοίξει, να προβάλει αντικείμενα στο χώρο όπως έπι-
πλα μέσα στο σπίτι του ή να δοκιμάσει ρούχα προβάλλοντας τα πάνω του χωρίς
να τα δοκιμάσει. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα οι πελάτες-χρήστες επιλέγουν με πολύ
μεγαλύτερη ευκολία τι θέλουν να αγοράσουν και συνεπώς αυξάνεται η ποιότητα
και η ανταγωνιστικότητα στον τομέα του εμπορίου .
Επιπλέον οι AR εφαρμογές μπορούν να παρέχουν στους πελάτες πολύτιμο
περιεχόμενο. Αυτό το περιεχόμενο μπορεί να παρουσιάζει τα χαρακτηριστικά του
προϊόντος, τα πλεονεκτήματα του ή μπορεί να παρέχει πληροφορίες που βοηθούν
τους πελάτες να κάνουν μια σύγκριση μεταξύ των διαφόρων τύπων προϊόντων και
ως εκ τούτου, να λάβει τις καλύτερες αποφάσεις για ψώνια.
Η τεχνολογία του augmented reality έχει επηρεάσει σε ένα αρκετά μεγάλο
βαθμό το ηλεκτρονικό μάρκετινγκ . Πολλές μεγάλες επιχειρήσεις και οργανισμοί
έχουν εκμεταλλευτεί αυτήν την τεχνολογία για να προωθήσουν προϊόντα και υπη-
ρεσίες. Ανεξάρτητα από τον τύπο εφαρμογών που χρησιμοποιείται για την προώ-
θηση των προϊόντων, όλες έχουν σχεδιαστεί με τέτοιο τρόπο ώστε να παρέχουν
στον χρήστη σε ένα πιο διαδραστικό και διασκεδαστικό τρόπο σε σχέση με το
παραδοσιακό μάρκετινγκ.
1.3.5 AR και ψυχαγωγία
Η τομέας της ψυχαγωγίας ίσως αποτελεί τον τομέα με τον μεγαλύτερο αριθμό
εφαρμογών AR. Εκατοντάδες εφαρμογές της επιστήμης έχουν υιοθετηθεί από δια-
φόρους τομείς που σχετίζονται με την ψυχαγωγία, όπως η τηλεόραση, τα ηλεκτρο-
νικά παιχνίδια και ο τουρισμός ενώ παράλληλα υπάρχει ένα τεράστιο εύρος εφαρ-
μογών φορητών συσκευών με ποικίλο και ευρηματικό ψυχαγωγικό χαρακτήρα.
Στον κόσμο της τηλεόρασης το AR έχει διεισδύσει εδώ και αρκετό καιρό.
Χαρακτηριστικότερα παραδείγματα αποτελούν το δελτίο καιρού και η μετάδοση
αθλητικών γεγονότων. Κατά την πρώτη περίπτωση ο παρουσιαστής βρίσκεται
μπροστά από έναν άδειο τοίχο αλλά εντούτοις στης οθόνες μας φαίνεται ότι βρί-
σκεται μπροστά από έναν χάρτη, ενώ κατά τη δεύτερη πολλές εικονικές γραμμές
και άλλες ενδείξεις προβάλλονται πάνω στο χορτάρι του γηπέδου κατά τη μετά-
δοση του αγώνα που όμως δεν υπάρχουν στο πραγματικό περιβάλλον.
Μια άλλη περιοχή που σχετίζεται με την ψυχαγωγία όπου εφαρμόζεται η τε-
χνολογία του AR είναι στην ανάπτυξη παιχνιδιών. Η επαυξημένη πραγματικότητα
επιτρέπει στους παίκτες να βιώσουν ένα ψηφιακό παιχνίδι σε ένα πραγματικό πε-
ριβάλλον. Έτσι πλέον κάποιος μπορεί να παίξει σε ένα άδειο τραπέζι σκάκι η αλλά
επιτραπέζια παιχνίδια απλά φορώντας ειδικά γυαλιά. Κατά τα τελευταία 10 χρόνια
έχει υπάρξει ραγδαία βελτίωση της τεχνολογίας, με αποτέλεσμα την καλύτερη ανί-
χνευση κίνησης μέσω χρήσης χειριστηρίου (όπως στην κονσόλα Nintendo Wii),
αλλά και άμεση ανίχνευση των κινήσεων του παίκτη.

30. 1. Εισαγωγή 30
Fig. 1.8: Παραδείγματα εφαρμογών ψυχαγωγικού χαρακτήρα[27, 30].
Τέλος στον τομέα του τουρισμού οι εφαρμογές μπορούν να ενισχύσουν την
εμπειρία του χρήστη μεσω της παροχής πληροφοριων, σε πραγματικό χρόνο πλη-
ροφοριών, σχετικα με τη θέση του, συμπεριλαμβάνοντας παρατηρήσεις των προη-
γούμενων επισκεπτών. Ακόμα επιτρέπουν στους τουρίστες να γνωρίσουν προσο-
μοιώσεις των ιστορικών γεγονότων, τόπων και αντικειμένων, προβάλλοντας εικο-
νικά αντικείμενα προστά στα μάτια τους.
1.3.6 Επιπλέον κατηγορίες εφαρμογών του AR
Fig. 1.9: Χαρακτηριστικά παραδείγματα εφαρμογών αρχιτεκτονικής, πλοήγησης και υπο-
στήριξης εργασιών[27, 31, 32].
Εκτός από τους τομείς που αναφέρθηκαν παραπάνω υπάρχουν αρκετοί επι-
πλέον τομείς όπου έχει αξιοποιηθεί η επαυξημένη πραγματικότητα όπως:
• η αρχαιολογία
• η αρχιτεκτονική
• ο βιομηχανικός σχεδιασμός
• η μηχανική
• η πλοήγηση
• η τέχνη
• η ρομποτική
• και η υποστήριξη εργασιών

31. 1. Εισαγωγή 31
1.3.7 Διάσημες εφαρμογές φορητών συσκευών
Fig. 1.10: Google Ingress, Wikitude και Spyglass[27, 33].
Παρακάτω παρουσιάζεται μια λίστα με κάποιες από τις πιο γνωστές εμπορικές
εφαρμογές επαυξημένης πραγματικότητας.
Wikitude World Browser
(Android/iOS/Blackberry/
Windows Phone)
Google Ingress
(Android)
SpecTrek
(Android)
SnapShot Showroom
(iOS)
Acrossair AR Browser
(iOS)
Google SkyMap
(Android)
Augment
(Android/iOS)
Layar
(Android/iOS/Blackberry)
Spyglass
(iOS)
Lookator
(Android)
Blippar (Android, iOS)
(Android, iOS)
Google Goggles
(Android)
Field Trip
(Android, iOS) The third etc
Theodolite
(iOS)
1.4 Επαυξημένη πραγαμτικότητα στα μουσεία
Μιας και η συγκεκριμένη εργασία πραγματεύεται τη δημιουργία μιας AR εφαρ-
μογής για έναν μουσειακό χώρο κρίνεται επιβεβλημένο να κάνουμε μια αναφορά
λίγο πιο εκτενή σχετικά με την εφαρμογή αυτής της τεχνολογίας στον κόσμο των

32. 1. Εισαγωγή 32
μουσείων και των εκθέσεων .Η ενσωμάτωση της τεχνολογίας της επαυξημένης
πραγματικότητας στα μουσεία μπορεί να φέρει επανάσταση στο τρόπο παρουσί-
ασης των εκθεμάτων και προαγωγής του πολιτισμού, της τέχνης και της γνώσης,
καθώς η χρήση γενικότερα των νέων τεχνολογιών σε μουσειακούς χώρους είναι
μια πρόκληση για την εύρεση της χρυσής τομής μεταξύ εκπαίδευσης και ψυχαγω-
γίας.
Τα μουσειακά εκθέματα όπως πχ αγάλματα, πινάκες και αρχαία ευρήματα απο-
τελούν τόσο εθνική όσο και παγκοσμία κληρονομία και επομένως δεν πρέπει να
είναι μόνο για τους λίγους αλλά αντιθέτως διαθέσιμα για το ευρύ κοινό. Τεχνο-
λογίες όπως η επαυξημένη πραγματικότητα κάνουν τον πολιτισμό πιο προσιτό,
φέρνουν τους νεότερους πιο κοντά στο να τα γνωρίσουν και να τα αντιληφθούν
τη σημασία ενός έργου τέχνης, ενός αρχαίου ευρήματος ή να καταλάβουν τη σπου-
δαιότητα μιας μάχης με την αναπαράσταση σκηνών στο σημείο που εξελίχτηκαν.
Η Ιστορία δεν είναι ή τουλάχιστον δεν πρέπει να είναι, απλά μια διαδικασία
στείρας μάθησης ή μια απαρίθμησης ημερομηνιών και γεγονότων. Εκεί βρίσκεται
και ο στόχος που πρέπει να επικεντρωθεί η συγκεκριμένη τεχνολογία, να μετα-
τρέψει μέσω μιας καλά σχεδιασμένης διαδραστικής εφαρμογής τους παθητικούς
παρατηρητές- επισκέπτες ενός μουσείου σε ενεργούς χρήστες. Πιο συγκεκριμένα
οι επισκέπτες θα είναι σε θέση πλέον να αλληλεπιδρούν με όσα βλέπουν, να πε-
ριεργαστούν τα αντικείμενα που εκτίθενται, να συνθέτουν το puzzle της ιστορίας
και να έρθουν σε επαφή με την ουσία της τέχνης και του πολιτισμού. Έτσι μια
διαδικασία της μάθησης από την επίσκεψη σε ένα μουσείο θα αποτελεί μια πρω-
τόγνωρη και αλησμόνητη εμπειρία.
Είναι γεγονός ότι κάθε ιστορικό έκθεμα περά από αυτό που βλέπουμε κρύβει
πολλά μυστικά και επίπεδα ιστορίας πίσω του. Ας φανταστούμε μια εφαρμογή
επαυξημένης πραγματικότητας όπου ο χρήστης/επισκέπτης θα μπορούσε απλώς
δείχνοντας το έργο τέχνης να έχει μπροστά του όλη την ιστορία και να μαθαίνει
κάθε μυστικό του εκθέματος μέσα από κείμενο σε συνδυασμό με οπτικοακουστικό
υλικό . O χρήστης έτσι γίνεται πρωταγωνιστής της ανακάλυψης του εκθέματος και
όχι απλά ένας θεατής στους δρόμους του μουσείου.
Το εύλογο ερώτημα που προκύπτει είναι το με ποιο τρόπο θα μπορούσε όλο
αυτό που περιγράφηκε παραπάνω να γίνει πραγματικότητα. Σίγουρα δεν υπάρχει
μια συγκεκριμένη απάντηση μιας και η επαυξημένη πραγματικότητα έχει πλέον
αρκετές δυνατότητες ενώ πάντα υπάρχουν περιθώρια για περαιτέρω ευρηματικό-
τητα από τους προγραμματιστές των εφαρμογών. Ας παρουσιάσουμε λοιπόν με-
ρικά παραδείγματα από μουσεία ανά τον κόσμο που έχουν υιοθετήσει αυτήν την
τεχνολογία.
Στο Μουσείο Φυσικής Ιστορίας στο Λονδίνο, οι επισκέπτες χρησιμοποιούν
ταμπλέτες που παρέχονται δωρεάν από το μουσείο για να χειριστούν μεταξύ άλ-
λων περιεχόμενο που προβάλλεται σε μία από τις τρεις οθόνες που υπάρχουν στο
χώρο, web κάμερες σε διαφορετικά σημεία του περιβάλλοντος και ογδόντα ση-

33. 1. Εισαγωγή 33
Fig. 1.11: Ενδεικτικά παραδείγματα δυνατοτήτων πραγματικών εφαρμογών για μουσεια-
κούς χώρους[27].

34. 1. Εισαγωγή 34
μεία με LED λαμπτήρες, ώστε να αλληλεπιδρούν με τρισδιάστατα εκθέματα και
να συμμετέχουν σε κουίζ γνώσεων. Πολύ πιο εντυπωσιακές είναι άλλες εφαρμο-
γές με περισσότερη διάδραση. Στο Μουσείο του Λονδίνου όπου οι επισκέπτες
μπορούν να περιηγηθούν στην πόλη και να ακούσουν ήχους που αναπαριστούν τη
ζωή στην αρχαία Ρώμη, ενώ φυσώντας στο κινητό τους μπορούν να κάνουν «ανα-
σκαφές» για να αποκαλύψουν εικονικά αντικείμενα που υποτίθεται είναι θαμμένα.
Τέλος στο Εθνικό Στρατιωτικό Πάρκο στη Βιρτζίνια οι επισκέπτες μπορούν με τη
χρήση του GPS να αναβιώσουν τις μάχες του αμερικανικού εμφυλίου όπως εξε-
λίχθηκαν στο φυσικό τοπίο[14].
Συμπεραίνουμε επομένως ότι η επαυξημένη πραγματικότητα στους χώρους
των μουσείων και των εκθέσεων δεν είναι στη σφαίρα της φαντασίας αλλά τα
πρώτα βήματα είναι ήδη γεγονός. Το σίγουρο είναι ότι βρισκόμαστε ακόμα σε
πολύ πρώιμο στάδιο αλλά με την πρόοδο της τεχνολογίας και της ευρηματικό-
τητας πολύ σύντομα ο τρόπος περιήγησης και παρατήρησης των εκθεμάτων θα
βελτιωθεί εντυπωσιακά.

36. Κεφάλαιο 2
Τεχνολογία Συστημάτων Επαυξημένης
Πραγματικότητας
Σε αυτό το κεφάλαιο παρουσιάζονται οι τρεις βασικότεροι τομείς της τεχνολογίας
που είναι απαραίτητοι για την ανάπτυξη ενός συστήματος επαυξημένης πραγμα-
τικότητας, τα συστήματα απεικόνισης, τα συστήματα ανίχνευσης και καταγραφής
και οι τεχνικές αλληλεπίδρασης.
Μέσω των συστημάτων απεικόνισης συγχωνεύεται η άποψη του πραγματι-
κού και εικονικού κόσμου, δηλαδή προβάλλεται μπροστά στα μάτια μας ένας κό-
σμος που συνδυάζει το πραγματικό και το φανταστικό. Μέσω της ανίχνευσης και
της καταγραφής γίνεται η αποτύπωση του γραφικού περιβάλλοντος από τη σωστή
προοπτική και στο επιθυμητό σημείο του πραγματικού κόσμου. Τέλος μέσω της
χρήσης τεχνικών αλληλεπίδρασης γίνεται απευθείας χειρισμός η χειρισμός μέσω
γραφικής επαφής του επαυξημένου κόσμου.
2.1 Συστήματα απεικόνισης
Ένα βασικό χαρακτηριστικό των AR συστημάτων είναι ότι επιτρέπουν στο χρή-
στη να δει μια συνδυασμένη προβολή των εικονικών στοιχείων και του πραγμα-
τικού κόσμου. Υπάρχουν τρεις βασικές κατηγορίες συστημάτων προβολής στον
κόσμο του AR, συσκευές που προσαρμόζονται στο κεφάλι ( πχ ειδικοί φακοί αμ-
φιβληστροειδούς και HUD ), συσκευές χειρός (πχ οθόνες φορητών συσκευών )
και συσκευές πραγματικού χώρου (πχ προβολείς στο περιβάλλον).
Αν και υπάρχουν πολλές τεχνολογίες απεικόνισης εντούτοις θα εστιάζουμε
στις περισσότερο στις τεχνολογίες που σχετίζονται με φορητά συστήματα και συ-
στήματα χώρου. Αρχικά θα αναφερθούμε στις κλασσικές τεχνικές απεικόνισης
όπως η οπτικά διάφανη απεικόνιση, η βίντεο διάφανη απεικόνιση και τα συστή-
ματα άμεσης απεικόνισης που συνδυάζουν τον πραγματικό και τον εικονικό κό-

37. 2. Τεχνολογία Συστημάτων Επαυξημένης Πραγματικότητας 37
σμο. Έπειτα θα αναφερθούμε χωρικές οθόνες χειρός όπου μέσω της χρήσης οθο-
νών παρακολούθησης παρέχουν την εικονική όψη των δεδομένων που σχετίζονται
με το πραγματικό περιβάλλον.
2.1.1 Οπτικά διάφανη απεικόνιση
Η χρήση οπτικά διάφανη απεικόνισης μπορεί να γίνει είτε μέσω συσκευών που
προσαρμόζονται στο κεφάλι (HUD)[12] είτε μέσω συσκευών που ενσωματώνο-
νται στο περιβάλλον. Η οπτικά διάφανης απεικόνιση επιτυγχάνεται με τη χρήση
ενός οπτικού συνδυαστή (combiner), όπως ένα ειμί-επαργυρωμένο κάτοπτρο ή,
σε πιο εξελιγμένες περιπτώσεις, μιας ολογραφικής συσκευής.
Ο ρόλος του συνδυαστή είναι να παράσχει μία οπτικά άμεση θέα του πραγ-
ματικού περιβάλλοντος, με ταυτόχρονη παρουσίαση των εικονικών αντικειμένων
που παράγονται από έναν υπολογιστή. Ο συνδυαστής είναι έτσι κατασκευασμένος
ώστε να μεταδίδει το φως από το περιβάλλον, ενώ ταυτόχρονα αντικατοπτρίζει το
φως από μια οθόνη υπολογιστή. Το συνδυασμένο φως έτσι φτάνει στα μάτια του
χρήστη[15].
Fig. 2.1: Αρχιτεκτονική συστημάτων οπτικά διάφανης απεικόνισης[15].
Αν και παρέχει στον χρήστη άμεση θέαση του πραγματικού κόσμου η χρήση
της οπτικά διάφανης απεικόνισης δημιουργεί ταυτόχρονα σημαντικές δυσκολίες
όπως πρόβλημα αποτύπωσης των γραφικών και φωτεινότητας αλλά και αυξημένες
τεχνλογικές απαιτήσεις.

38. 2. Τεχνολογία Συστημάτων Επαυξημένης Πραγματικότητας 38
2.1.2 Βίντεο διαφανή απεικόνιση
Αποτελεί ίσως την πιο δημοφιλή τεχνική AR και βασίζεται σε μια κάμερα που
αποκτά την άποψη του περιβάλλοντος, έναν υπολογιστή που προσθέτει το εικο-
νικό περιεχόμενο, καθώς και μια τυπική οθόνη που παρουσιάζει τη συνδυασμένη
προβολή στο χρήστη.
Η συγκεκριμένη τεχνική μπορεί να εφαρμοστεί τόσο σε συσκευές χειρός όσο
και σε συσκευές προσαρμοσμένες στο κεφάλι του χρήστη. Η πιο διαδεδομένη
εφαρμογή βίντεο διάφανης απεικόνισης αφορά τις κινητές συσκευές με ενσωμα-
τωμένη κάμερα, καθώς αποτελούν τις πιο ελκυστικές συσκευές για τον AR, όπως
αναφέραμε και προηγουμένως. Αρκετά διαδεδομένη εφαρμογή της βίντεο διάφα-
νης απεικόνισης αποτελούν οι συσκευές προσαρμοσμένες στο κεφάλι των χρη-
στών. Στην ιδανική περίπτωση, δύο κάμερες χρησιμοποιούνται κοντά στη θέση
των ματιών για την απόκτηση στερεοσκοπικής άποψης του περιβάλλοντος αλλά
λόγω της απλότητας σχεδίασης και ευκολίας εφαρμογής τα ρινοσκοπικά συστή-
ματα είναι πιο διαδεδομένα[15].
Τα βασικότερα πλεονεκτήματα της συγκεκριμένης τεχνικής είναι η απλότητα
στην εφαρμογή και η πολύ καλή αποτύπωση των εικονικών στοιχείων. Αντίθετα
η μειωμένη ποιότητα αποτύπωσης του πραγματικού κόσμου και τα προβλήματα
που σχετίζονται με την κάμερα όπως μειωμένη εστίαση και η λανθασμένη απο-
τύπωση της προοπτικής των αντικειμένων αποτελούν κάποια από τα βασικότερα
μειονεκτήματα.
Fig. 2.2: Αρχιτεκτονική συστημάτων βίντεο διάφανης απεικόνισης[15].

39. 2. Τεχνολογία Συστημάτων Επαυξημένης Πραγματικότητας 39
2.1.3 Άμεση προβολή
Η άμεση απεικόνιση αποτελεί ίσως την πιο απλή από τις τεχνικές απεικόνισης
καθώς δεν απαιτεί εξελιγμένο υλικό παρά μόνο, στις περισσότερες περιπτώσεις,
έναν προβολέα. Η επαύξηση επιτυγχάνεται απλώς μέσω της απευθείας προβολής
του εικονικού περιβάλλοντος πάνω στο πραγματικό περιβάλλον.
Το βασικότερο πλεονέκτημα της τεχνικής της απευθείας αποτύπωσης είναι η
απλότητα, η αμεσότητα και μη αναγκαιότητα του χρήστη να έχει στα χέρια του ή
να φοράει ειδικό εξοπλισμό. Στα κυριότερα μειονεκτήματα από την άλλη συγκα-
ταλέγονται η αδυναμία αποτύπωσης τρισδιάστατων εικονικών αντικειμένων και η
άμεση εξάρτηση από τις συνθήκες του περιβάλλοντος, όπως επιφάνειες προβολείς
και φωτισμός.
Fig. 2.3: Παραδείγματα εφαρμογών άμεσης προβολής από το MIT Media Lab[34].
2.1.4 Χωρικές οθόνες χειρός
Αποτελούν μια εναλλακτική προσέγγιση για τον συνδυασμό των γραφικών του
υπολογιστή και του πραγματικού περιβάλλοντος χωρίς τη χρήση οπτικής ή βίντεο
διάφανης προβολής, αλλά χρησιμοποιώντας φορητές συσκευές που είναι εξοπλι-
σμένες με μια μικρή οθόνη. Αυτή η προσέγγιση παρέχει χρήσιμες πληροφορίες για
το περιβάλλον που βρίσκεται ο χρήστης βασιζόμενη στην εγγύτητα και τη σχετική
θέση των πραγματικών αντικείμενων και του χρήστη[15].

40. 2. Τεχνολογία Συστημάτων Επαυξημένης Πραγματικότητας 40
Αν και οι χωρικές οθόνες χειρός είναι μια αρκετά εύκολη προς υλοποίηση προ-
σέγγιση του AR λόγω της πολύ απλής ανίχνευσης των αντικειμένων, εντούτοις
λόγω της έλλειψης ρεαλιστικότατος δεν είναι τόσο δημοφιλείς με αυτήν τη μορφή.
Αντίθετα μια πιο σύγχρονη μορφή των χορικών οθονών, που συνδυάζουν τη χρήση
βίντεο διάφανης απεικόνισης και την ανίχνευση μέσω GPS, χρησιμοποιείται ευ-
ρύτατα στις σημερινές εφαρμογές κινητών τηλεφώνων.
2.2 Τεχνικές ανίχνευσης
Η ακριβής καταγραφή, η ανίχνευση και η παρακολούθηση ανάμεσα στα εικονικά
αντικείμενα που έχουν δημιουργηθεί μέσω υπολογιστή και στα αντικείμενα του
πραγματικού κόσμου αποτελούν κύριες προκλήσεις για την ανάπτυξη μιας εφαρ-
μογής επαυξημένης πραγματικότητας. Όταν ένας χρήστης μετακινεί τη θέση του
η την κατεύθυνση στην όποια κοιτάζει, τα εικονικά αντικείμενα πρέπει να παρα-
μένουν ευθυγραμμισμένα με τη θέση και τον προσανατολισμό των πραγματικών
αντικειμένων. Η ευθυγράμμιση των εικονικών αντικειμένων και των αντικείμε-
νων του πραγματικού κόσμου εξαρτάται από την ακριβή και συνεχή παρακολού-
θηση της κατεύθυνσης προβολής, σε σχέση με το πραγματικό περιβάλλον και τα
εικονικά αντικείμενα. Στον κόσμο του AR είναι απαραίτητο να παρέχεται δυνα-
τότητα παρακολούθησης του περιβάλλοντος με ελευθερία 6 βαθμών (Six degrees
of freedom - 6DoF).
Οι τεχνικές εντοπισμού επαυξημένης πραγματικότητας κατηγοριοποιούνται
σε τρεις βασικές κατηγορίες, σε αυτές που βασίζονται στη χρήση αισθητήρων, σε
αυτές που βασίζονται στην εικόνα και στις υβριδικές τεχνικές. Η τεχνική των αι-
σθητήρων βασίζεται στη χρήση αισθητήρων τοποθετημένων στο περιβάλλον. Οι
τεχνικές όρασης χρησιμοποιούν πληροφορίες που λαμβάνονται μέσω εικόνας για
να παρακολουθείτε τη θέση και τον προσανατολισμό του χρηστή. Μιας και κάθε
μια από τις παραπάνω κατηγορίες έχει αδυναμίες για το λόγο αυτό έχει αναπτυχτεί
η τρίτη κατηγορία ανίχνευσης που συνδυάζει περισσότερες από μια τεχνολογίες
για καλυτέρα αποτελέσματα.
2.2.1 Ανίχνευση με χρήση αισθητήρων
Κατά την τεχνική αυτή ενεργοί αισθητήρες χρησιμοποιούνται για να ανιχνεύσουν
την απόσταση και τη σχετική θέση του χρήστη στο περιβάλλον. Αυτοί οι αισθητή-
ρες μπορεί να είναι οπτικοί, μαγνητικοί, ακουστικοί (πχ μέσω υπερήχων) κα. Κάθε
αισθητήρας έχει τα δικά της πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα. Η επιλογή ενός
αισθητήρα εξαρτάται από πολλούς παράγοντες όπως η ακρίβεια, η βαθμονόμηση,
το κόστος και το ευρύς ανάλυσης. το εύρος και το ψήφισμα.

41. 2. Τεχνολογία Συστημάτων Επαυξημένης Πραγματικότητας 41
Fig. 2.4: Η ανίχνευση μεσω GPS αποτελεί την πιο διαδεδομένη εφαρμόγη της ανίχνευ-
σης μέσω αισθήτηρων. Μια νεα πολλά υποσχόμενη εφάρμογη αποτελούν τα
Beacons[27].
Η πιο ευρεία ίσως υπό-κατηγορία της τονικής εντοπισμού μέσω αισθητήρων
είναι η ανίχνευση μέσω GPS η όποια και χρησιμοποιείται ευρύτατα τη σημερινή
εποχή σε εφαρμογές κινητών τηλεφώνων. Μέσω της χρήσης του GPS γίνεται ο
εντοπισμός του χρήστη στο περιβάλον ενώ για τον εντοπισμό του προσανατολι-
σμού γίνεται παράλληλη χρήση άλλων λειτουργιών όπως η πυξίδα, η κάμερα και
το επιταχυνσιόμετρο.
2.2.2 Ανίχνευση με χρήση υπολογιστικής όρασης
Η ανίχνευση με βάση την όραση αποτελεί την πιο ενεργή περιοχή έρευνας στο κό-
σμο της επαυξημένης πραγματικότητας. Κατά την προσέγγιση αυτή πολλές τεχνι-
κές και μέθοδοι της υπολογιστικής όρασης χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό
της θέσης και του προσανατολισμού της κάμερας σε σχέση με τα αντικείμενα του
πραγματικού κόσμου.
Υπάρχουν δυο είδη προσεγγίσεων της ανίχνευσης μέσω όρασης: η προσέγ-
γιση που χρησιμοποιεί τεχνητούς δείκτες (marker based) και η προσέγγιση χωρίς
καθόλου δείκτες (markerless) που βασίζεται στον εντοπισμό φυσικών χαρακτηρι-
στικών. Αν και όπως αναφέραμε προηγουμένως η έρευνα ανίχνευσης εστιάζεται
κυρίως στις προσεγγίσεις με βάση την όραση, εντούτοις η ερευνητική προσοχή
κατανέμονταν άνισα μεταξύ των υποπεριόδων της. Η ανίχνευση μέσω δεικτών
αποτελεί την πιο καλά ερευνημένη και αναπτυγμένη περιοχή και δεν έχουν προ-
κύψει σημαντικές εξελίξεις στην περιοχή αυτή κατά τη διάρκεια των τελευταίων
ετών. Η ανίχνευση χαρακτηριστικών χωρίς δείκτες που βασίζεται είναι ίσως η πιο
ενεργή περιοχή έρευνας αυτήν την εποχή. Ακόμα κι αν οι ερευνητές έχουν κάνει
σημαντικές βελτιώσεις κατά τη διάρκεια των τελευταίων ετών, πολλά προβλήματα
παραμένουν. Η ανίχνευση μοντέλου χωρίς δείκτες είναι μια αρκετά νέα περιοχή
έρευνας, η οποία έχει αυξηθεί με προσοχή κατά τη διάρκεια των τελευταίων ετών
αλλά σίγουρα όχι τόσο διαδεδομένη όσο οι προηγούμενες δυο κατηγορίες. Οι πρώ-

42. 2. Τεχνολογία Συστημάτων Επαυξημένης Πραγματικότητας 42
Fig. 2.5: Πάνω στον marker προβάλλονται τρισδιάστατα γραφικά μοντέλα. Ένας τυπι-
κός marker. Κατά την ανίχνευση χρησιμοποιούνται τεχνικές της υπολογιστικής
όρασης[27].

43. 2. Τεχνολογία Συστημάτων Επαυξημένης Πραγματικότητας 43
τες εφαρμογές AR φορητών συσκευών χρησιμοποιούσαν δείκτες εντοπισμού ενώ
ακόμα και σήμερα πολλές εφαρμογές συνεχίζουν να χρησιμοποιούν αυτήν την τε-
χνική καθώς αποτελεί την πιο διαδεδομένη τεχνική με πολλά πλεονεκτήματα και
ευκολία χρήσης. Παρά το γεγονός ότι η χρήση δεικτών ίσως να περιορίζει κάποιες
εφαρμογές, είναι γεγονός ότι παράγει τα πιο σταθερά αποτελέσματα και είναι ιδα-
νική για συσκευές με περιορισμένους υπολογιστικούς πόρους[16].
Fig. 2.6: Παραδείγματα ανίχνευσης μοντέλου και χαρακτηριστικών[27].
Όσον αφορά την τεχνική ανίχνευσης μοντέλου, δεν αποτελεί καλή επιλογή για
εφαρμογές φορητών συσκευών και για αυτόν το λόγο δεν έχει ουσιαστικά εφαρ-
μοστεί σε αυτόν τον τομέα. Η απαίτηση αυτής της τεχνικής για δημιουργία μοντέ-
λων, ανεβάσει σημαντικά το υπολογιστικό κόστος, περιορίζει το περιβάλλον και
είναι κατά συνέπεια ακατάλληλο για κινητές εφαρμογές AR. Αντίθετα η άλλη τε-
χνική ανίχνευσης χωρίς δείκτες, η ανίχνευση χαρακτηριστικών, έχει εφαρμοστεί
στον τομέα των φορητών εφαρμογών αλλά η εμπειρική χρήση έχει δείξει ότι πε-
ριορίζει αρκετά τις εφαρμογές[16]. Το βασικό μειονέκτημα εγγυάται στο γεγονός

44. 2. Τεχνολογία Συστημάτων Επαυξημένης Πραγματικότητας 44
ότι αυτό το είδος ανίχνευσης περιορίζει τις εφαρμογές σε εσωτερικούς χώρους,
επειδή μπορεί να ελεγχθεί εύκολα σε μεγάλης έκτασης χώρους.
Έτσι η χρήση δεικτών ακόμα και σήμερα αποδεικνύεται η καλύτερη επιλογή
για τις περισσότερες mobile εφαρμογές καθώς αποτελεί την τεχνική με τους λιγό-
τερους περιορισμούς και την καλύτερη απόδοση.
2.2.3 Υβριδική ανίχνευση
Η υβριδική ανίχνευση συνδυάζει διαφορετικές προσεγγίσεις με σκοπό να εντοπί-
σει τη θέση και τον προσανατολισμό του χρήστη στο περιβάλλον . Τα υβριδικά
συστήματα προσπαθούν να αντισταθμίσουν τα μειονεκτήματα μιας τεχνικής χρη-
σιμοποιώντας μια η περισσότερες άλλες τεχνικές. Σε ένα σύστημα AR μια προ-
σέγγιση που επιλέχθηκε μπορεί να είναι ιδιαίτερα κατάλληλη για κάποιες συγκε-
κριμένες εργασίες και ακατάλληλη για κάποιες άλλες, έτσι η με τη χρήση υβριδι-
κής ανίχνευσης μπορούν να ικανοποιηθούν αποτελεσματικά όλες οι εργασίες του
συστήματος. Οι υβριδικές προσεγγίσεις συχνά εξυπηρετούν το σκοπό της ανά-
κτησης ανατροφοδότησης της διαδικασίας ανίχνευσης και χρησιμοποιεί αυτή την
πρόσθετη γνώση προς όφελος του συστήματος, δημιουργώντας έτσι ένα σύστημα
κλειστού βρόχου[16].
Οι πιο δημοφιλείς συνδυασμοί αυτής της προσέγγισης περιλαμβάνουν τη χρήση
της ανίχνευσης μέσω όρασης με ταυτόχρονη χρήση μιας υποκατηγορίας της ανί-
χνευσης μέσω αισθητήρων ή τον συνδυασμό διάφορων προσεγγίσεις που βασίζε-
ται σε αισθητήρες, για παράδειγμα.
Πολύ ενδεικτικό και ευρέως διαδεδομένο παράδειγμα υβριδικής ανίχνευσης
αποτελούν οι εφαρμογές AR φορητών συσκευών κάθε σε πολλές περιπτώσεις χρη-
σιμοποιούν περισσότερες από μια τεχνικές ανίχνευσης. Πολλές εφαρμογές συν-
δυάζουν τη χρήση κάμερας για αναγνώριση με ταυτόχρονη χρήση των δεδομένων
GPS για ανίχνευση τοποθεσίας ενώ άλλες συνδυάζουν τη χρήση GPS και πυξίδας.
2.3 Τεχνικές διάδρασης
Οι διαδραστικές δυνατότητες αποτελούν έναν πολύ σημαντικό παράγοντα για την
ολοκλήρωση ενός συστήματος επαυξημένης πραγματικότητας, καθώς σε συνδυα-
σμό με τα συστήματα προβολής βοηθούν να επαυξηθούν οι δυνατότητες του πραγ-
ματικού κόσμου .
Ενώ υπάρχουν πολλά παραδείγματα τεχνικών για τη διερεύνηση της αλληλε-
πίδρασης στα συστήματα του AR, πολλές από αυτές οι τεχνικές συνδέονται με
μειονεκτήματα που δυσχεραίνουν την αλληλεπίδραση του χρήστη με τον πραγ-
ματικό κόσμο. Τα προβλήματα κυρίως σχετίζονται με εργονομικούς παράγοντες,