Τα συστήματα Εκτεταμένης Πραγματικότητας (XR), δηλαδή Εικονικής Πραγματικότητας, Επαυξημένης Πραγματικότητας και Μικτής Πραγματικότητας προσφέρουν μια δυνητικά καλή λύση για τους νέους τρόπους εργασίας, που δεν απαιτούν φυσική αλληλεπίδραση με άλλους ανθρώπους, οι οποίοι κρίθηκαν αναγκαίοι λόγω του COVID-19.
Ενώ στο παρελθόν η XR είχε χρησιμοποιηθεί κυρίως για παιχνίδια, τώρα διάφορα εμπορικά και ερευνητικά ιδρύματα διερευνούν λύσεις Εκτεταμένης Πραγματικότητας XR για την επίλυση προβλημάτων του πραγματικού κόσμου που αφορούν την εκπαίδευση, την προσομοίωση, την ψυχική υγεία, την ανάλυση δεδομένων και τη μελέτη της εξέλιξης των νόσων. Πιο πρόσφατα η Microsoft και η Meta ανακοίνωσαν ότι αναπτύσσουν το Metaverse ως ένα νέο πρότυπο αλληλεπίδρασης με τον ψηφιακό κόσμο.
Πώς όμως μπορεί να αξιοποιηθεί το Metaverse στην έρευνα της Βιοπληροφορικής;
Το “Metaverse” βασίζεται στο μυθιστόρημα του 1992 “Snow Crash” του Neil Stephensen. Το μυθιστόρημα απεικονίζει μια ιεραρχική εταιρική δυστοπία, αλλά πολλά ιδρύματα και εταιρείες το βλέπουν ως ένα «νέο» Διαδίκτυο: ένα ανοιχτό και περιεκτικό εικονικό περιβάλλον που προσφέρει νέες ευκαιρίες κατανόησης δεδομένων χρησιμοποιώντας οπτικοποίηση. Για παράδειγμα, χρησιμοποιώντας μια οθόνη τοποθετημένη στο κεφάλι τους (HMD), χρήστες που βρίσκονται σε διαφορετικά μέρη και γεωγραφικές περιοχές (και που εκπροσωπούνται από είδωλα – avatars) μπορούν να αλληλεπιδρούν σαν να βρίσκονταν στο ίδιο δωμάτιο, και να χειρίζονται εικονικά αντικείμενα χρησιμοποιώντας χειριστήρια ή κινήσεις των χεριών τους σε τρισδιάστατο χώρο. Οι τύποι των HMD διέπουν την εμπειρία εκτεταμένης πραγματικότητας (XR).
Το περιβάλλον του Metaverse Σύμφωνα με τους Matthews, Sommer και Hillman το περιβάλλον του Metaverse προσφέρει πιθανά πλεονεκτήματα σε σύγκριση με τις παραδοσιακές πλατφόρμες που βασίζονται σε 2D οθόνη για οπτικοποίηση σε δύο βασικούς τομείς: 1) Βελτιωμένη απομακρυσμένη κοινή χρήση και ευκαιρίες συνεργασίας με περισσότερα οφέλη από τα παραδοσιακά συστήματα CAVE, συμπεριλαμβανομένης της προσιτότητας και της διαδραστικότητας.2)
Άπειρος χώρος για την οπτικοποίηση δεδομένων, με αποτέλεσμα καλύτερη ανάκληση και κατανόηση. Ενώ υπάρχουν πολλές εφαρμογές ανοιχτού κώδικα για ψυχαγωγία (παιχνίδι, μουσική, κοινωνικές συναναστροφές), περιβάλλοντα που βασίζονται στην εργασία και την επικοινωνία (NVidia Omniverse Spatial.io, Microsoft Teams, Zoom) θα γίνονται όλο και πιο συνηθισμένα. Τα περιβάλλοντα Metaverse προσφέρουν εξαιρετικές δυνατότητες συνεργασίας σε πολλές ειδικότητες. Με τον ίδιο τρόπο που οι παίκτες αλληλεπιδρούν σε κόσμους εικονικών παιχνιδιών (για παράδειγμα, όπως στο Minecraft ή στο Fortnite), οι συνεργάτες από όλο τον κόσμο μπορούν να συνεργαστούν σε έναν κοινόχρηστο, τρισδιάστατο εικονικό χώρο χρησιμοποιώντας XR.
Εφαρμογές Βιοπληροφορικής XR
Οι εφαρμογές απεικόνισης Βιοπληροφορικής XR αυξάνεται όλο και περισσότερο. Μερικά από τα οφέλη τους παρουσιάζονται παρακάτω:
- Παραδείγματα απεικόνισης
Οι δυνατότητες τρισδιάστατης απεικόνισης που παρέχει το XR ωφελεί πολύ εφαρμογές που βασίζονται σε εικόνες όπου η αντίληψη του βάθους και η ευκολία αλληλεπίδρασης με τρισδιάστατα αντικείμενα μπορούν να βελτιώσουν την ταχύτητα και την ακρίβεια. Καθώς η ανάλυση και η ανασυγκρότηση δεδομένων 3D ιστών στη χωρική βιολογία καθίσταται εφικτή, δημιουργούνται επίσης ευκαιρίες για απεικόνιση XR.
– Μη απεικονιστικά παραδείγματα
Οι τεχνολογίες ενός κυττάρου επιτρέπουν εκτενή μεταγραφικό/επιγενετικό προφίλ κυτταρικών πληθυσμών, όπου στόχος είναι η μείωση των δεδομένων σε δύο ή τρεις διαστάσεις (π.χ. UMAP/tSNE) για τη δημιουργία κυτταρικών «χαρτών». Η τρισδιάστατη μείωση μπορεί να είναι χρήσιμη για μεγάλα και πολύπλοκα σύνολα δεδομένων για την επίλυση αλληλοκαλυπτόμενων συστάδων. Η ταυτόχρονη οπτικοποίηση πολλαπλών μειώσεων μπορεί να είναι πολύ επωφελής.
– Συνδυάζοντας Domains στο Metaverse
Το Metaverse επιτρέπει σε κλινικούς ιατρούς, βιολόγους και μαθηματικούς από όλο τον κόσμο να αλληλεπιδρούν χρησιμοποιώντας έναν ‘τοίχο’ αποδεικτικών στοιχείων ή μια προσέγγιση βασισμένη σε γραφήματα όπως τα Anacapa. Τα γραφήματα αυτά χρησιμοποιούνται σε εγκληματολογικές έρευνες για να απεικονίσουν συγκεντρωμένα στοιχεία, χρονοδιαγράμματα και σχέσεις. Αυτή η ιδέα μπορεί να εφαρμοστεί και στη βιολογική απεικόνιση για τη συλλογή, οργάνωση και επικοινωνία πληροφοριών για μια ασθένεια ή βιολογικά φαινόμενα.
Προκλήσεις στο Metaverse
Μερικές από τις προκλήσεις που πρέπει να αντιμετωπίσει το Metaverse είναι:
- Συνδεσιμότητα και Υποδομή
Η συλλογική συνεργασία με συναδέλφους σε όλο τον κόσμο είναι ένα βασικό χαρακτηριστικό της έννοιας του metaverse και απαιτεί υψηλού επιπέδου υποδομή επικοινωνίας.
- Μελλοντική Νομοθεσία
Στα μέσα ενημέρωσης έχουν ήδη δημοσιοποιηθεί θέματα και έχουν γίνει αναφορές για λεκτική και «σωματική» κακοποίηση ατόμων με ανήλικα άτομα που χρησιμοποιούν την πλατφόρμα της Meta, επομένως πρέπει να γίνει σχετική νομοθεσία.
- Hardware και Σχεδιασμός
Ένα καλά σχεδιασμένο περιβάλλον VR είναι απαραίτητο για την άνετη εμπειρία ενός χρήστη, καθώς η ανάλυση και η οπτικοποίηση δεδομένων μπορεί να είναι πιο απαιτητικές. Μερικοί χρήστες μπορούν να βρίσκονται στο VR για πολλές ώρες τη φορά, κάποιοι μπορούν μόνο λίγα λεπτά χωρίς να αισθανθούν κόπωση. Συχνά αυτό είναι ένδειξη ενός κακώς κατασκευασμένου εικονικού περιβάλλοντος.
– Σχεδιασμός του Λογισμικού
- Δημοσίευση και Αξιολόγηση των εργαλείων XR
- Μη Χωρικά Δεδομένα
Τα μη χωρικά δεδομένα, όπως κείμενα, πίνακες, εικόνες 2D και πηγές πολυμέσων, θα πρέπει να είναι προσβάσιμα στο μετασύμπαν. Τα συστήματα MR και AR επιτρέπουν την επαυξημένη προβολή του εξωτερικού κόσμου. Για παράδειγμα, η επισήμανση μιας λέξης 2D όπως “παραλλαγή SARS-CoV-2” σε AR ή MR θα μπορούσε να εμφανίσει μια τρισδιάστατη εικόνα του ιού και των δομικών παραλλαγών του στο κείμενο. Στο περιβάλλον VR, η κατανόηση ανάγνωσης των οθονών 2D έχει αποδειχθεί πιο δύσκολη, άρα πρέπει να αναπτυχθούν νέες μέθοδοι για την πρόσληψη δεδομένων για τη βελτίωση της κατανόησης.
Συμπεράσματα
Στη δεκαετία του 1980, λίγοι είχαν προβλέψει ότι 40 χρόνια μετά οι περισσότεροι άνθρωποι θα μπορούσαν να έχουν τον δικό τους προσωπικό υπολογιστή και ότι το metaverse θα ήταν η επόμενη πλατφόρμα και το μέλλον του Διαδικτύου.
Βασικοί παράγοντες για τη χρήση του Metaverse είναι:
Μια βασική προϋπόθεση είναι η ανάπτυξη υλικού Εκτεταμένης Πραγματικότητας XR με αρκετά διαφορετικά χαρακτηριστικά όπως οθόνη, βάρος, τιμή κ.λπ. Το ερώτημα είναι εάν μπορούν τα φορητά XR να γίνουν φθηνά και ελαφριά ώστε να γίνουν μέρος μιας καθημερινής εμπειρίας ενώ ταυτόχρονα σέβονται το προσωπικό απόρρητο. Η έρευνα οπτικοποίησης προσφέρει συναρπαστικές δυνατότητες για τη μεγιστοποίηση των δυνατοτήτων του metaverse. Η αυξανόμενη ανάγκη ανάλυσης πολύπλοκων πολυτροπικών βιολογικών δεδομένων με διεπιστημονικές ομάδες από διαφορετικούς φορείς έχει γίνει ο κανόνας και το metaverse θα πρέπει σίγουρα να το αξιοποιήσει.
Θα χρειαστεί να γίνει μετάβαση από την 2D επιφάνεια εργασίας σε πιο καθηλωτικά τρισδιάστατα περιβάλλοντα. Η Μικτή Πραγματικότητα (MR) μπορεί να υπερτερήσει εδώ έναντι της Εικονικής πραγματικότητας, καθώς η MR επιτρέπει καλύτερη αλληλεπίδραση με το περιβάλλον. Το γεγονός ότι ο χρήστης μπορεί να έχει ποντίκι και πληκτρολόγιο επιτρέπει δυνητικά πιο ακριβή έλεγχο και εισαγωγή δεδομένων σε σύγκριση με την εικονική πραγματικότητα, και μπορεί να δώσει στην MR ένα πλεονέκτημα στην οπτικοποίηση της Βιοπληροφορικής. Νέες συσκευές όπως τα Varjo, Lynx R1 μπορούν να κάνουν εναλλαγή μεταξύ MR και VR, συνδυάζοντας τα καλύτερα χαρακτηριστικά και από τις 2 πραγματικότητες.
Καθώς αυξάνονται οι ροές δεδομένων, οι εικονικές εμπειρίες που θα δημιουργηθούν πρέπει να βασίζονται σε πολύ ισχυρά συστήματα ή σε cloud. Κάτι τέτοιο θα απαιτήσει καλύτερη υποδομή, ωστόσο θα επιτρέψει την οπτικοποίηση και νέους τρόπους αλληλεπίδρασης και επικοινωνίας δεδομένων. Αυτό σημαίνει ότι χρειάζεται να γίνει περισσότερη δουλειά για τη διερεύνηση των ροών εργασίας μετάβασης από 2D σε 3D, ώστε να μπορέσει να υποστηριχθεί η τρισδιάστατη αλληλεπίδραση.
Το πλεονέκτημα των απομακρυσμένων συνεργασιών, των τρισδιάστατων αλληλεπιδράσεων και των αλληλεπιδράσεων με βάση τις χειρονομίες, σε συνδυασμό με την εικονική, τεράστια οθόνη που είναι διαθέσιμη, θα ανοίξει νέους τρόπους εργασίας σε μια ποικιλία σεναρίων οπτικοποίησης Βιοπληροφορικής. Με την πρόσβαση σε μεγάλες πολυδιάστατες απεικονίσεις, θα χρειαστεί να γίνει καλυτερη αξιολόγηση του γνωστικού φορτίου και της αλληλεπίδρασης με τον ανθρώπινο υπολογιστή, προκειμένου να διασφαλιστεί ότι οι άνθρωποι βρίσκονται στο επίκεντρο των συστημάτων που κατασκευάζονται. Θα απαιτήσει να σκεφτούμε πέρα από τα τρέχοντα 2D παραδείγματα που έχουν κυριαρχήσει στη βιομηχανία των υπολογιστών και να αγκαλιάσουμε τα πλεονεκτήματα που μπορεί να φέρει το μετασύμπαν.