Spatial computing and geospatial science for virtual worlds and digital twins

Η παρούσα διατριβή εξετάζει τον θεωρητικό και δομικό κατακερματισμό που παρατηρείται στα συστήματα Χωρικής Υπολογιστικής και προτείνει τους Γεωχωρικούς Εικονικούς Κόσμους ως ένα συνεκτικό εννοιολογικό και αρχιτεκτονικό πλαίσιο για τρισδιάστατα χωροχρονικά περιβάλλοντα. Υπερβαίνοντας ορισμούς που βασίζονται σε συγκεκριμένες συσκευές, επιμέρους εφαρμογές ή μεμονωμένες πλατφόρμες, η έρευνα διαμορφώνει ένα ενοποιημένο πλαίσιο που συνδυάζει την αναπαράσταση του κόσμου, τους τρόπους αλληλεπίδρασης και την αρχιτεκτονική του συστήματος μέσα σε ένα γεωχωρικά θεμελιωμένο περιβάλλον. Η μελέτη ακολουθεί μεθοδολογία τριών φάσεων, η οποία εξελίσσεται συστηματικά από την εννοιολογική διαμόρφωση προς την αρχιτεκτονική θεμελίωση. Στην πρώτη φάση τίθενται οι εννοιολογικές βάσεις των Γεωχωρικών Εικονικών Κόσμων μέσω επέκτασης του μοντέλου τομής της Μικτής Πραγματικότητας. Αναλύονται και οριοθετούνται οι δομικές σχέσεις μεταξύ περιβάλλοντος, ανθρώπου και υπολογιστή, με έμφαση στα σημεία τομής τους μέσω της αντίληψης και της αλληλεπίδρασης. Στο πλαίσιο αυτό διατυπώνεται μια συστηματική ερμηνεία της αντίληψης και της συμβατικής πραγματικότητας, εισάγεται ταξινομία φυσικών, ψηφιακών και μικτών οντοτήτων και αποσαφηνίζεται ο ρόλος των διαδικασιών αποτύπωσης της πραγματικότητας, καθώς και η οντολογική συγκρότηση των ψηφιακών αποτυπωμάτων, ως βάση για την υπολογιστική κατανόηση του φυσικού κόσμου. Η δεύτερη φάση αναπτύσσει μια ενοποιημένη ταξινομία τρόπων αλληλεπίδρασης μέσα από συστηματική ανάλυση της βιβλιογραφίας των Αλληλεπιδράσεων Ανθρώπου-Υπολογιστή. Η ανάλυση αυτή αναδεικνύει ένα ουσιώδες ερευνητικό κενό: τα υφιστάμενα μοντέλα επικεντρώνονται κυρίως στην ροή δεδομένων από τον φυσικό προς τον ψηφιακό κόσμο, χωρίς να διαθέτουν τυποποιημένους μηχανισμούς για την επίδραση από τον ψηφιακό προς τον φυσικό. Για την κάλυψη αυτού του κενού, η διατριβή εισάγει την έννοια της Εκτέλεσης Φυσικής Εργασίας. Η νέα αυτή μέθοδος αλληλεπίδρασης τυποποιεί τις εξερχόμενες ψηφιακές ενέργειες, επιτρέποντας σε εικονικές οντότητες να εκκινούν και να συντονίζουν ενέργειες στη συμβατική πραγματικότητα. Η τρίτη φάση προτείνει μια αρθρωτή αρχιτεκτονική συστήματος για εφαρμογές που λειτουργούν πάνω σε σύνθετα τρισδιάστατα γεωχωρικά δεδομένα. Η αρχιτεκτονική οργανώνεται σε Επίπεδο Πρόσβασης, Επίπεδο Κόσμου και Επίπεδο Ενοποίησης και ορίζει τις βασικές κλάσεις και διεπαφές που απαιτούνται για την υποστήριξη εμβυθιστικών, επίμονων και πολλαπλών χρηστών γεωχωρικών περιβαλλόντων, διατηρώντας παράλληλα τη διαλειτουργικότητα με διαδικτυακά περιβάλλοντα εκτέλεσης και καθιερωμένα γεωχωρικά πρότυπα. Συνολικά, οι συνεισφορές αυτές θεμελιώνουν τους Γεωχωρικούς Εικονικούς Κόσμους ως σαφώς ορισμένο επίπεδο οργάνωσης συστήματος για γεωχωρικά θεμελιωμένη Χωρική Υπολογιστική μέσα από το πρίσμα της Μικτής Πραγματικότητας, ενισχύοντας τη θεωρητική σαφήνεια και παρέχοντας μια επεκτάσιμη και προσαρμόσιμη αρχιτεκτονική βάση για μελλοντικά εμβυθιστικά συστήματα.