Ψηφιακή Σύνθεση Εικονικών Περιβαλλόντων

Στα πλαίσια του μαθήματος «Ψηφιακή Σύνθεση Εικονικών Περιβαλλόντων» καλύπτονται με λεπτομέρεια τόσο οι βασικές έννοιες και οι αρχές που αφορούν την εικονική πραγματικότητα, όσο και πιο εξειδικευμένες σύνθετες έννοιες σχεδίασης και υλοποίησης. Στο επίκεντρο του μαθήματος βρίσκονται οι διαδικασίες σχεδίασης, σύνθεσης και ανάπτυξης διαδραστικών ψηφιακών εικονικών περιβαλλόντων πραγματικού χρόνου. Στις διαλέξεις του μαθήματος δίνεται έμφαση στην ανάλυση θεμάτων που αφορούν τους εικονικούς κόσμους, τη χρήση, εξέλιξη και σημασία τους καθώς και του ρόλου τους στον τομέα της επικοινωνίας ανθρώπου – υπολογιστή (HCI: Human – Computer Interaction), και της εφαρμογής τους στο πεδίο της παραγωγής καλλιτεχνικού έργου και της ανάδειξης της πολιτιστικής κληρονομιάς. Παράλληλα αναλύονται ειδικά θέματα και βέλτιστες πρακτικές παρουσίασης, εμφύθισης και αλληλεπίδρασης.

Βασικός αντικειμενικός σκοπός του μαθήματος είναι να εξοικειώσει φοιτητές και φοιτήτριες με την έννοια και τη λειτουργία και των εικονικών περιβαλλόντων και πρωτίστως να τους παρέχει τη δυνατότητα να κατανοήσουν σε βάθος και να εφαρμόσουν πρακτικές μεθόδους δημιουργίας εικονικών κόσμων που επιτρέπουν την αλληλεπίδραση σε πραγματικό χρόνο μέσω σύγχρονων ψηφιακών εργαλείων. Στα πλαίσια του μαθήματος οι φοιτητές/τριες θα έρθουν αντιμέτωποι με τις προκλήσεις της διαδικασίας σχεδιασμού και ανάπτυξης και θα εντρυφήσουν στις βέλτιστες πρακτικές και τις μεθόδους ανάδειξης περιεχομένου και προγραμματιστικής υλοποίησης της διάδρασης.

Μετά την επιτυχή παρακολούθηση του μαθήματος θα είναι σε θέση:

• Να κατανοούν τη διαδικασία παραγωγής εικονικών περιβαλλόντων και των επιμέρους ενεργειών που την διέπουν.
• Να χρησιμοποιούν την μηχανή Unity για να δημιουργήσουν εικονικούς κόσμους που να επιτρέπουν διάδραση σε πραγματικό χρόνο.
• Να γράφουν κώδικα στη γλώσσα προγραμματισμού C# που να υλοποιεί την αλληλεπίδραση μεταξύ των στοιχείων του εικονικού περιβάλλοντος και του χρήστη.
• Να δημιουργούν απλές εφαρμογές και παιχνίδια που λαμβάνουν χώρα σε εικονικά περιβάλλοντα.
• Να βελτιστοποιούν τις εφαρμογές και τις διεπαφές τους με γνώμονα την ευχρηστία.
• Να σχεδιάζουν εμπειρίες χρήσης εικονικών περιβαλλόντων και να προδιαγράφουν την εφαρμογή τους στην τέχνη και τον πολιτισμό.

1^η Εβδομάδα:

Διάλεξη: Εισαγωγή στις βασικές έννοιες των ψηφιακών εικονικών κόσμων, την εξέλιξή τους και τη χρήση τους. Παρουσίαση της μηχανής Unity, της διεπαφής χρήσης της και των δυνατοτήτων της.

Εργαστήριο: Τοποθέτηση αντικειμένων στο περιβάλλον της Unity  και περιγραφή των παραμέτρων της θέσης τους (συντεταγμένες, μεταφορές, περιστροφές), καθώς και των βασικών εργαλείων της μηχανής.

 2^η Εβδομάδα:

Διάλεξη: Παρουσίαση των αρχών προγραμματισμού για εικονικά περιβάλλοντα. Βασικά εισαγωγικά στοιχεία του αντικειμενοστραφούς προγραμματισμού και της γλώσσας C#.

Εργαστήριο: Εισαγωγή στη δημιουργία σεναρίων μέσω της Unity. Εκτέλεση απλών αλγορίθμων με χρήση της γλώσσας C# στην Unity.

 3^η Εβδομάδα:

Διάλεξη: Ο χώρος και ο χρόνος μέσα στο εικονικό περιβάλλον. Παρουσίαση αρχών κίνησης και τοποθέτησης. Παρουσίαση του συστήματος αξόνων θέσης και περιστροφής στον τρισδιάστατο χώρο. Η κίνηση ως αποτέλεσμα αλληλεπίδρασης με τον χρήστη.

Εργαστήριο: Μετακίνηση ενός αντικειμένου στο εικονικό περιβάλλον με προγραμματιστικό τρόπο (μεταφορά, περιστροφή) και χρήση κατάλληλης συνάρτησης. Χρήση του πληκτρολογίου για να έλεγχο του αντικειμένου από τον χρήστη κατά την εκτέλεση.

4η Εβδομάδα:

Διάλεξη: Παρουσίαση των αρχών δημιουργίας στοιχείων του εικονικού περιβάλλοντος. Έδαφος και μορφολογία. Φυσικά αντικείμενα, θέση αντικειμένων στον χώρο, επίπεδα λεπτομέρειας και υφές επιφανειών.

Εργαστήριο: Χρήση ειδικών εργαλείων της Unity για τη δημιουργία εικονικού εδάφους (τερέν) και φυσικού περιβάλλοντος (βουνά, κοιλάδες, δέντρα). Εισαγωγή υφών (textures) στο περιβάλλον.

5^η Εβδομάδα: ​

Διάλεξη: Παρουσίαση αρχών παραγωγής περιεχομένου για εικονικά περιβάλλοντα και χρήσης επιμέρους στοιχείων (assets). Διάδραση του χρήστη με το περιβάλλον μέσω χειρισμού πρώτου προσώπου.

Εργαστήριο: Χρήση των επαναχρησιμοποιήσιμων στοιχείων (prefabs) της Unity για τη δημιουργία ποικίλων αντικειμένων. Ενσωμάτωση στο περιβάλλον της Unity του First Person Controller (Ελεγκτή Πρώτου Προσώπου) και χρήση των βασικών λειτουργών του. 

6^η Εβδομάδα:

Διάλεξη: Αλληλεπίδραση της ψηφιακής αναπαράστασης του χρήστη με τον εικονικό κόσμο. Σύνθετη κίνηση και σχέση χρήστη, περιβάλλοντος και χώρου δράσης.

Εργαστήριο: Δημιουργία κινούμενης πλατφόρμας που αλληλοεπιδρά με τον χρήστη. Χρήση μεταβλητών και συναρτήσεων για την κίνηση. 

7^η Εβδομάδα:

Διάλεξη: Παρουσίαση των βασικών εννοιών της φυσικής λειτουργίας του πραγματικού κόσμου και της εξομοίωσής τους στα εικονικά περιβάλλοντα (στερεά σώματα, βαρύτητα, τριβή, ελαστικότητα). Η αλληλεπίδραση με βάση τους νόμους της φυσικής ως μέσο εμβύθισης.

Εργαστήριο: Χρήση λειτουργιών άσκησης δυνάμεων σε εικονικά αντικείμενα, ροπές στρέψης, περιορισμοί κίνησης, σύνδεσμοι αντικειμένων. 

8^η Εβδομάδα:

Διάλεξη: Αλληλεπίδραση χρήστη και εφαρμογής μέσω διεπαφής χρήστη(UI: User Interface). Ευχρηστία και σχεδίαση της εμπειρίας χρήστη. Ο ρόλος της πληροφορίας στην ευκολία χρήσης και την εμβύθιση.

Εργαστήριο: Χρήση γραφικού περιβάλλοντος (HUD: Heads-Up Display) στην μηχανή Unity. Εισαγωγή μενού, κειμένων διεπαφής χρήστη και εικόνων.

9^η Εβδομάδα:

Διάλεξη: Σύνθετες και πολυεπίπεδες εφαρμογές και διασύνδεση διαφορετικών εικονικών περιβαλλόντων. Εξατομίκευση της εμπειρίας χρήστη και ζητήματα προσβασιμότητας.

Εργαστήριο: Δημιουργία διαφορετικών σκηνών στο εικονικό περιβάλλον. Εναλλαγή των διαφορετικών επιπέδων (levels), χρήση κουμπιών (buttons), ρυθμίσεις.

10^η Εβδομάδα:

Διάλεξη: Το φως και ο ήχος ως στοιχεία εμβύθισης. Ηχητική επένδυση, πηγές φωτισμού, ρεαλιστικός φωτισμός. Το εικονικό περιβάλλον ως τελικό προϊόν. Branding και Publishing.

Εργαστήριο: Προσθήκη πηγών ήχου και μουσικής επένδυσης. Χρήση στατικού και δυναμικού φωτισμού. Δημιουργία του τελικού προϊόντος.     

11^η Εβδομάδα:

Διάλεξη: Η οπτική τρίτου προσώπου στα τρισδιάστατα εικονικά περιβάλλοντα. Κίνηση της ψηφιακής αναπαράστασης του χρήστη (avatar) και χρήση εμψύχωσης (animation). Ο animator της Unity ως βασικό συστατικό του δυναμικού κόσμου. Καταστάσεις εικονικών αντικειμένων και εμψύχωσή τους.

Εργαστήριο: Χρήση του avatar της μηχανής Unity και του ελεγκτή ανθρωποειδούς χαρακτήρα τρίτου προσώπου (Third Person Controller). Χρήση του δένδρου καταστάσεων για την εμψύχωσή του. Άνοιγμά και κλείσιμο πόρτας με animation.

12^η Εβδομάδα:

Διάλεξη: Αλληλεπίδραση με τον εικονικό κόσμο με βάση την οπτική της κάμερας. Η τεχνική Raycasting (ρίψης ακτινών) και η χρήση της στους εικονικούς κόσμους. Επίπεδα και μάσκες αλληλεπίδρασης. Αναγνώριση στόχων και επίδραση επάνω τους.

Εργαστήριο: Χρήση τεχνικών raycasting με χρήση σεναρίων, αποσφαλμάτωση, επίπεδα, αναγνώριση και αλληλεπίδραση με εικονικά αντικείμενα.

13^η Εβδομάδα:

Διάλεξη: Γενική ανασκόπηση του μαθήματος. Επανάληψη βασικών αρχών και επιμέρους θεμάτων.

Εργαστήριο: Παρουσίαση εργασιών μαθήματος. Ανάδραση του κοινού και ανάλυση πρακτικών  τεχνικών δυσκολιών.

2025. Apperson, L., Unity 6 Game Development with C# Scripting, Packt Publishing.

2022. Hocking. J., Unity in Action,Manning Publications.

2019. Στυλιαράς Γ., Δήμου Β., Ζευγώλης Δ., Τεχνολογία Πολυμέσων: Σύγχρονα Πολυμεσικά Εργαλεία, Εκδόσεις Α. Τζιόλα & Υιοί Α.Ε.

2026. Σιακάς Σ., Τρισδιάστατος σχεδιασμός περιβάλλοντος - 3D Modeling για Animation, Εκδόσεις Τσότρας Αθανάσιος Ε.Ε.

2016. Λέπουρας Γ., Αντωνίου Α., Πλάτης Ν., Χαρίτος Δ., Ανάπτυξη Συστημάτων Εικονικής Πραγματικότητας, ΚΑΛΛΙΠΟΣ Ανοικτές Ακαδημαϊκές Εκδόσεις

2016. Βοσινάκης, Σ., Εικονικοί Κόσμοι, ΚΑΛΛΙΠΟΣ Ανοικτές Ακαδημαϊκές Εκδόσεις

Το μάθημα οργανώνεται με συνδυασμό διαλέξεων και ωρών εργαστηρίου. Κατά τις διαλέξεις αναλύονται θέματα που αφορούν τις επιμέρους έννοιες και αρχές ανάπτυξης των εικονικών περιβαλλόντων. Επιπλέον παρουσιάζονται προγραμματιστικές μέθοδοι, αλγόριθμοι και καλές πρακτικές που είναι σημαντικές για την υλοποίηση των παραπάνω μέσω συγγραφής κώδικα σε προγραμματιστικό περιβάλλον παραγωγής. Γίνεται ενδελεχής αναφορά σε συγκεκριμένα εργαλεία, στοιχεία, συναρτήσεις, βιβλιοθήκες κώδικα και επαναχρησιμοποιήσιμων στοιχείων, πλαίσια ανάπτυξης και ό,τι άλλο είναι απαραίτητο από πρακτική σκοπιά, ώστε να επιτευχθεί η σύνδεση των ευρύτερων εννοιών με την ουσιαστική σχεδίαση και ανάπτυξη λειτουργικών εικονικών κόσμων.

Κατά τις εργαστηριακές ώρες γίνεται εμβάθυνση στο πρακτικό κομμάτι με την εφαρμογή από τους φοιτητές και τις φοιτήτριες όλων των παραπάνω σε πραγματικό περιβάλλον ανάπτυξης. Οι εργαστηριακές ασκήσεις εστιάζουν στην ανάπτυξη των ψηφιακών δεξιοτεχνιών της τάξης μέσω της οργάνωσης της γνώσης, της hands-on προσέγγισης, της επανάληψης και της συνεργατικότητας. Ουσιαστικός στόχος είναι η κατανόηση της χρήσης της γλώσσας σεναρίου για τον προγραμματισμό της διάδρασης και η εξοικείωση με τη συγγραφή κώδικα, την ορθή σύνταξη και την εφαρμογή των αρχών της αφαιρετικότητας στις διεργασίες και της αναγνωσιμότητας. 

Παροχή πολυμεσικού υλικού.
Υποστήριξη Μαθησιακής διαδικασίας μέσω της ηλεκτρονικής πλατφόρμας e-class.

Η τελική αξιολόγηση του μαθήματος γίνεται μέσω εργασίας που εκπονούν οι φοιτητές και οι φοιτήτριες καθ’ όλη τη διάρκεια του εξαμήνου και παραδίδουν και παρουσιάζουν στο τέλος του και η οποία αφορά την υλοποίηση μιας απλής εφαρμογής ψηφιακού εικονικού περιβάλλοντος.  Στόχος της εργασίας είναι μέσω της δημιουργικότητάς τους να αναδείξουν οι φοιτητές/τριες την κατανόηση του αντικειμένου και να εξασκήσουν τις γνώσεις τους δημιουργώντας μια ολοκληρωμένη διαδραστική εμπειρία σε έναν εικονικό κόσμο.  Η αξιολόγησή της γίνεται με βάση την έκταση και την ποιότητα της διάδρασης που προσφέρει, τη δομή του κώδικα, την υλοποιημένη εμπειρία χρήστη, την ποιότητα παραγωγής, το σενάριο της και την αισθητική της, ενώ συνοδεύεται και από συνοπτική αναφορά που θα περιγράφει λεπτομερώς την σχεδίαση και την ανάπτυξή της.