Технологии дополненной реальности
Ключевые слова: дополненная реальность, augmented reality, AR, тригер, оверлей, атлас профессий будущего, медиасфера
Исторические корни технологии
На протяжении всей истории человечества существовала мечта об альтернативной реальности, в которую возможно попасть. Человек пытался создать такие технологии и инструменты, которые бы позволили ему воспринимать себя включенным и взаимодействующим с некоторой искусственно созданной реальностью или ее отдельными частями, обеспечивающими ему непрерывный поток стимулов и опыта.
Опыты с иммерсивным контентом восходят к эпохе возрождения. Первые инструменты дополненной реальности пробовал создать еще в 15 веке итальянский архитектор Филиппо Брунеллески. Он рисовал объект, который дополнял другой, существующий в реальном мире, — и предлагал смотреть на него через зеркало с отверстием (Рис. 1).
Рис.1. Инструменты расширения реальности Филиппо Брунеллески, XV век
В 2012 году, гости Калифорнийского музыкального фестиваля Коачелла были шокированы, увидев на сцене выступление рэп-исполнителя Тупака Шакура (голограмма). Почему? Потому что знаменитый музыкант к тому времени был мертв в течение почти двух десятилетий. Этот фокус является примером оптической иллюзии Призрака Пеппера (Рис. 2).
Рис.2 Схема создания цифрового аватара рэп-исполнителя Тупака Шакура
Оригинальная оптическая иллюзия "Призрак Пеппера" предполагает размещение под углом большого фрагмента стекла между ярко освещенной “сценической” комнатой, в которой зрители смотрят прямо перед собой. Когда свет в скрытой комнате слегка усиливается для освещения сцены, свет в сценической комнате слегка тускнеет, и “скрытое” видение проявляется перед зрителями (Рис. 3).
Рис.3. Иллюстрация оригинальной оптической иллюзии Призрака Пеппера
Сегодня этот эффект активно используется в проекционной дополненной реальности, которая сочетает в себе технологию захвата движений с компьютерной 3D-графикой (computer-generated imaging — CGI). “Цифровые двойники” знаменитостей и мировых политических лидеров могут быть виртуально спроецированы перед большими скоплениями людей. Воспроизвести оптическую иллюзию Пеппера можно самостоятельно, воспользовавшись описанием одной из многочисленных конструкций Holho (пирамидальной голограммы для мобильных телефонов) в сети Интернет (Рис. 4).
Рис.4 Holho — пирамидальная голограмма
Сенсорама (англ. Sensorama) — устройство, являющееся одним из наиболее ранних примеров применения технологии мультисенсорного (мультимодального) погружения. Первый в мире виртуальный симулятор был сконструирован Мортоном Хейлигом, «отцом виртуальной реальности», положившим начало развитию технологий VR (Рис. 5).
Рис.5 Сенсорама Мортона Хейлига
Современное состояние компьютерных технологий привело к появлению целого ряда цифровых реальностей. В этом блоке мы познакомимся поближе с технологиями дополненной реальности.
Определение дополненной реальности
Наиболее распространенное определение AR звучит так: цифровое наложение на реальный мир, выраженное в компьютерной графике, тексте, видео или аудио, которое является интерактивным в реальном времени. Технической оболочкой для дополненной реальности является смартфон, планшет, компьютер или AR очки, оснащенные специальным программным обеспечением и камерой. Краткое определение AR, используемое по настоящее время, было дано в 1997 году "пионером" этого направления — Рональдом Азума. Оно звучит следующим образом: «AR позволяет пользователю видеть реальный мир с виртуальными объектами, наложенными полностью или частично на объекты реального мира. Поэтому AR дополняет реальность, а не полностью заменяет ее». Технология AR заключается в накладывании виртуальных образов на сфокусированный реальный предмет с помощью камеры и программного обеспечения на включенном устройстве, таком как смартфон. В качестве предметов из реальной жизни могут быть выбраны знаки, изображения, объекты, звуки, местоположение или даже человек. Исходные данные обрабатываются с помощью программного обеспечения и сравниваются с базой данных потенциально соответствующей информации. Если есть совпадения, запускается технология AR, и дополненный контент накладывается поверх реальности.
Согласно определению, данному Рональдом Азума, дополненная реальность включает в себя следующие характеристики:
объединяет реальный и виртуальный миры;
интерактивна в режиме реального времени;
обеспечивает распознавание в трех измерениях (3D).
Соберем все вместе и получим определение из нашей видеолекции. Дополненная реальность (англ. augmented reality, AR — «дополненная реальность») — это технология, позволяющая переносить виртуальные изображения на объекты реального мира: результат введения в поле восприятия любых сенсорных данных с целью дополнения сведений об окружении и улучшения восприятия информации.
Общая схема функционирования технологии
Разберемся как работает технология дополненной реальности. Камера захватывает и сканирует реальный объект или местоположение пользователя, производится анализ изображения или данных с датчиков (GPS, компас и т.д.), система ищет совпадение с базой данных и, после найденного совпадения, на экран выводится виртуальный объект. Объект реального мира, являющийся поводом поставления в видеопоток камеры устройства пользователя дополнительной информации в виде виртуальных объектов – это триггер. Информация, добавляемая в видеопоток камеры устройства пользователя, при считывании маркера, распознавании 3Д-объекта, при нахождении в определенной точке пространства — это оверлей (Рис. 6).
Рис.6 Принцип работы технологии дополненной реальности
Классификация технологий дополненной реальности
Дополненную реальность можно классифицировать опираясь на различные признаки (Рис. 7).
Рис. 7 Признаки, по котором можно классифицировать технологии дополненной реальности
Так, по типу устройств, от которых системы дополненной реальности получают информацию об окружающем мире, выделяются:
Геопозиционные. Ориентируются на сигналы систем геопозиционирования. В дополнение к приемникам таких сигналов, геопозиционные системы могут использовать компас и акселерометр для определения угла поворота относительно вертикали и азимута.
Оптические. Такие системы обрабатывают изображение, полученное с камеры.
Человек получает информацию об окружающем пространстве с помощью органов чувств. Система дополненной реальности, являясь посредником между человеком и инфосферой, должна создавать сигнал для одного из таких органов. Таким образом, по типу представления информации системы дополненной реальности бывают:
Визуальные. Источником информации для человека в таких системах является изображение. В их основе лежит визуальное восприятие человека. Задача таких систем – сформировать изображение, которое будет использовано человеком. Такой вид систем считается более распространенным, так как изображение для человека является наиболее понятным и информативным.
Аудио. Системы данного типа направлены на слуховое восприятие. Подобные системы, чаще всего, используются в навигации. Например, использование звука для ориентации в пространстве, человек идет в нужном направлении, ориентируясь на звук.
Аудиовизуальные. Это системы, объединяющие в себе визуальные и аудио типы.
Системы дополненной реальности можно различать согласно уровню взаимодействия с пользователем. В одних системах пользователь активно управляет работой системы, изменяет виртуальные объекты, в других он только наблюдает за реакцией системы на изменения в окружающей среде. По этому признаку системы можно разделить на:
Автономные. Цель систем данного типа состоит в том, чтобы обеспечить пользователя нужной информацией. Подобные AR-приложения анализируют объекты в поле зрения человека и выдают справочную информацию о них. Для работы системы не требуется вмешательства пользователя. Например, пользователь рассматривает картину в музее, и, с помощью приложения дополненной реальности, получает дополнительные данные о художнике, судьбе картины, истории изображенного сюжета и т.п. Также, системы подобного вида используют в медицине.
Интерактивные. Это системы, которые основаны на взаимодействии с пользователем, когда на свои действия он получает ответ. Очевидно, что в подобных системах используется устройство для ввода данных. В качестве такого устройства может применяться сенсорный экран планшета, мобильного телефона или специальный манипулятор. Примерами такого приложения дополненной реальности являются «примерочные», где пользователь взаимодействует с интерфейсом, чтобы выбирать одежду из имеющегося набора и путем наложения слоев получать собственные изображения в различных нарядах.
По степени мобильности системы дополненной реальности можно классифицировать на:
Стационарные. Системы этого типа предназначены для работы в одном месте и не предполагают какое-либо перемещение, так как это может привести к полной или частичной приостановке работоспособности.
Мобильные. Использование данных систем подразумевает перемещение в пространстве и работу в динамичном режиме с объектами окружающего мира.
Технологии дополненной реальности находятся в стадии активного развития, в частности, делаются попытки создания оборудования общего, а не персонального назначения. Компания Amazon планирует выпустить на рынок электроники продвинутую систему дополненной реальности, которая с легкостью будет фиксировать жесты пользователя для взаимодействия с виртуальным окружением. В свою очередь, демонстрацию символов и информации обеспечат связанные между собой проекторы. Следует напомнить о работе корпорации Microsoft над подобным проектом, получившим название RoomAlive. В Иркутском государственном университете ведется разработка стенда дополненной реальности: тактильной матрицы, которая выполняет распознавание размещения и перемещения объектов на ней, а также динамически проецирует реакцию системы в соответствии с определенными в ней законами в виде звуковых и визуальных эффектов [1,2].
Сферы применения технологии
Расширенная реальность претендует на позицию одного из ключевых элементов инфосферы, последнее определяет разнообразие сфер ее использования (Рис. 8).
Рис. 8 Сферы использования технологий дополненной реальности
ОбразованиеДополненная реальность может использоваться в изучении любого предмета, будь то физика или история, биология или литература. Например, AR-приложение Anatomy 4D от компании DAQRI является интерактивным виртуальным наглядным пособием для изучения анатомии.Строительство и архитектураПри помощи дополненной реальности архитекторы и проектировщики могут демонстрировать проектные решения заказчикам именно так, как они будут выглядеть в предполагаемом окружении. Есть возможность, при проектировании квартала, моделировать пешеходную и транспортную логистику. Пример — приложение проекта «Древние города 3D», которое позволит вам увидеть удивительные 3D-модели целых городов — как древних, так и современных МедицинаСегодня дополненная реальность используется при проведении операций по удалению раковой опухоли печени. Впервые это было реализовано в 2012 году в городе Гамбург, Германия. Перед операцией печень была просканирована, сделана 3D-модель сосудов и опухоли. Тогда врачи использовали iPad, чтобы видеть опухоль и все сосуды печени, сейчас выпущены специальные очки для врачей, которые позволяют видеть сгенерированные 3D-модели.Развлечения и туризмСистемы геоинформационной дополненной реальности позволяют без труда найти в городе необходимый объект, удаленно ознакомиться с ним и проложить к нему маршрут. Такая же навигация может быть создана внутри помещений. Реклама и ритейлРассмотрим примеры использования дополненной реальности в продаже товаров. В видео вы могли видеть иллюстрацию, содержащую гипермаркет, который находится в корейском метро. Пока люди ждут свой поезд, они могут выбрать соответствующий товар и, наведя на него на смартфон, указать какое количество товара им необходимо доставить, куда и ко скольки. Далее им остается лишь дождаться товара у себя дома. На этом же слайде можно наблюдать пример рекламной кампанию кетчупа Heinz, которая размещает книгу рецептов на своих этикетках. Одним из интереснейших вариантов использования дополненной реальности в торговле, является упаковка с внедрением AR-объектов. В видео вы могли наблюдать кейс от компании Lego. Взяв коробку и подойдя с ней к определенному экрану, можно увидеть весь геймплей того конструктора, который в этой коробке содержится. Технология производит большое впечатление и зачастую является решающим фактором для приобретения товара.
Выше были перечислены наиболее популярные направления использования технологии дополненной реальности, те, где приложения и ресурсы, с использованием объектов дополненной реальности, находят широкое применение и уже сегодня доступны массовому пользователю.
Такой широкий спектр внедрения технологии, конечно, позиционируются на том, что нужны соответствующие специалисты. Чтобы узнать, какие специалисты занимаются разработкой ресурсов и приложений дополненной реальности, следует обратиться к "Атласу профессий будущего". Стоит обратить внимание на такие профессии: архитектор виртуальности, дизайнер виртуальных миров, дизайнер эмоций, инфостилист, дизайнер интерфейсов, разработчик нейроинтерфейсов и т.п.
Перспективы развития технологий
Посмотрим технологии дополненной и виртуальной реальности на графике жизненного цикла перспективных технологий (Рис. 9).
Первая стадия — «триггер», когда в начале пути о технологии никто не знает, ей занимаются только учёные и энтузиасты, в нее никто не инвестирует.
Вторая стадия — «пик чрезмерных ожиданий». Все больше людей узнает про технологию, нарастает коллективное ожидание бума, всплеск интереса к ней.
«Разочарование» — третья стадия в цикле зрелости технологий. Сейчас в ней находится дополненная реальность.
Виртуальная реальность по циклу зрелости технологии находится на четвёртом этапе — «просвещение». Уже найдены решения основных проблем технологии, появляется много качественного контента и аудитория.
При этом VR приближается к пятому этапу — «плато продуктивности», когда технология становится обыденной, её использование превращается в рутину.
Перспективные направления развития технологий расширенной реальности определяются разработкой программного и аппаратного обеспечения, ориентированного на массового потребителя. Возможность создания недорогого персонального оборудования, выполняющего роль посредника для взаимодействия с компьютерно-опосредованной средой или создание комплексов, не требующих такого оборудования – одни из наиболее очевидных задач, требующих решения. Второй по важности целью, реализация которой необходима для развития цифровых технологий иммерсивной медиасферы, является разработка востребованных массовым пользователем приложений или приложений с уникальными функциями.
Генеральный директор Apple Тим Кук считает , что AR – это «настолько же значительная идея, как смартфон». Кук говорит: «Я думаю, что потенциал AR настолько велик, что его можно назвать огромным. Я очень впечатлен возможностями дополненной реальности, они могут улучшить жизнь многих людей и сделать ее более насыщенной».
Уже давно пора переосмыслить значение технологии AR и ее возможное применение, учитывая, что в настоящее время она вышла за рамки чисто теоретических рассуждений и получает все больше практического применения. В дальнейшем дополненная реальность будет применяться все чаще, например в незаметных портативных компьютерах, встроенных в одежду, очки или даже вшитые под кожу человека.
Список использованных источников и литературы
Воловикова З.А., Абдулов А.А., Мустакимов М.Ф., Веснин А.М., Балахчи А.Г., Тактильная мультимедийная обучающая матрица-стенд // Коммуникационные технологии: социально-экономические и информационные аспекты: материалы междунар. науч.-практ. конф. Иркутск, 2018. - С. 23-25.
Абдулов А.А., Воловикова З.А., Мустакимов М.Ф., Балахчи А.Г., Веснин А.М., Платформа гибридной реальности с открытым API // Наука. Технологии. Инновации: сборник научных трудов. В 9-ти частях. Под редакцией. А.В. Гадюкиной. 2018. С. 3-4
Last updated
