Ένα δυναμικό μεθοδολογικό πλαίσιο για το σχεδιασμό, την ανάλυση απαιτήσεων και την ανάπτυξη εφαρμογών εκτεταμένης πραγματικότητας (XR)

Abstract

In the context of this doctoral dissertation, the potential for designing Extended Reality (XR) applications through systematic requirements analysis and innovative methodological approaches was examined. Initially, limitations of conventional analysis techniques, such as use cases and Unified Modeling Language (UML) diagrams, were identified in managing the complexity of XR applications, which require highly interactive scenarios and a strong focus on user experience. Based on empirical case studies in cultural heritage and sustainable tourism applications, the dissertation synthesizes the knowledge acquired from both traditional and alternative approaches, such as Business Process Modeling and Notation (BPMN), Fuzzy Cognitive Maps (FCM), and Grounded Theory, into a dynamic framework for XR application design. The proposed framework is organized into three stages: (a) information gathering and understanding of user needs, (b) application of analytical methods and preliminary interface simulation, and (c) synthesis of findings and definition of final requirements. During its formulation, several aspects of the value of interdisciplinary approaches were highlighted. For instance, the use of Grounded Theory enhances the identification of user-centered requirements, while the use of BPMN enables process flow validation through rule-based simulation. The adoption of the new framework was validated through iterative design cycles in real-world applications, confirming that flexible re-evaluation at each stage improves the consistency and completeness of final requirements. The results of this research suggest that an appropriate combination of multiple complementary methodologies can address the gap identified in the literature concerning the lack of a standard framework for the design and requirements analysis of XR applications. The proposed methodological model leads to higher-quality and transferable analytical findings for XR applications, contributing both theoretically, by enhancing the understanding of their unique design requirements and practically, by providing an adaptable set of design guidelines and empirically grounded best practices.

Στο πλαίσιο της παρούσας διδακτορικής διατριβής μελετήθηκε η δυνατότητα σχεδιασμού εφαρμογών Εκτεταμένης Πραγματικότητας (Extended Reality - XR) μέσω συστηματικής ανάλυσης απαιτήσεων και καινοτόμων μεθοδολογικών προσεγγίσεων. Αρχικά, εντοπίστηκαν αδυναμίες των συμβατικών τεχνικών ανάλυσης, όπως οι περιπτώσεις χρήσης (use cases) και τα διαγράμματα UML (Unified Modeling Language), στη διαχείριση της πολυπλοκότητας των εφαρμογών XR, οι οποίες απαιτούν σενάρια έντονης αλληλεπίδρασης και εστίαση στην εμπειρία χρήστη. Με βάση εμπειρικές μελέτες περίπτωσης σε εφαρμογές πολιτιστικής κληρονομιάς και βιώσιμου τουρισμού, στη διατριβή συντέθηκε η αποκτηθείσα γνώση από παραδοσιακές και εναλλακτικές προσεγγίσεις, όπως η Σημειογραφία Μοντελοποίησης Επιχειρησιακών Διαδικασιών (Business Process Modeling and Notation - BPMN), οι Ασαφείς Γνωστικοί Χάρτες (Fuzzy Cognitive Maps - FCM) και η Θεμελιωμένη Θεωρία (Grounded Theory), σε ένα δυναμικό πλαίσιο σχεδιασμού εφαρμογών XR. Το προτεινόμενο πλαίσιο οργανώθηκε σε τρία στάδια: (α) συλλογή πληροφοριών και κατανόηση των αναγκών των χρηστών, (β) εφαρμογή αναλυτικών μεθόδων και δοκιμαστική προσομοίωση της διεπαφής και (γ) σύνθεση των ευρημάτων και ορισμός των τελικών απαιτήσεων. Κατά τη διαμόρφωσή του αναδείχθηκαν πτυχές της αξίας της διεπιστημονικής προσέγγισης, όπως, για παράδειγμα, ότι με την αξιοποίηση της Θεμελιωμένης Θεωρίας ενισχύεται η ανάδειξη απαιτήσεων με εστίαση στους χρήστες, ενώ με τη χρήση της BPMN ελέγχονται οι ροές διεργασιών μέσω κανονικοκεντρικής προσομοίωσης. Η υιοθέτηση του νέου πλαισίου τεκμηριώθηκε μέσω ανατροφοδοτούμενων κύκλων σχεδιασμού σε πραγματικές εφαρμογές, επιβεβαιώνοντας ότι η ευέλικτη επαναξιολόγηση κάθε σταδίου βελτιώνει τη συνέπεια και την πληρότητα των τελικών απαιτήσεων. Τα αποτελέσματα της έρευνας υποδεικνύουν ότι ο κατάλληλος συνδυασμός πολλαπλών, συμπληρωματικών μεθοδολογιών μπορεί να καλύψει το κενό που επισημαίνεται στη βιβλιογραφία σχετικά με την έλλειψη πρότυπου πλαισίου για τον σχεδιασμό και την ανάλυση απαιτήσεων εφαρμογών XR. Το μεθοδολογικό μοντέλο που προτείνεται οδηγεί σε υψηλότερης ποιότητας και μεταφέρσιμα αναλυτικά ευρήματα για εφαρμογές XR, συμβάλλοντας τόσο θεωρητικά στην κατανόηση των ιδιαίτερων σχεδιαστικών απαιτήσεων για την ανάπτυξή τους όσο και πρακτικά, παρέχοντας ένα ευπροσάρμοστο σύνολο σχεδιαστικών οδηγιών και καλών εμπειρικών πρακτικών.