# 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).

​

<figure><img src="https://lh5.googleusercontent.com/inOXa1Lih5-S3jPXOQbUHoo0hVdM5JZLTe5VSzxBBOQi67OatKgY4ZWaLEHrpVPsNYxPbfpb6WImbZadPpmP_TIHbtUbEHlXkHgGXeQAvCZjwhJA1sCGq_ubBr0FC9LhzbuV5qaE3YK1" alt=""><figcaption></figcaption></figure>

<figure><img src="https://lh4.googleusercontent.com/A_gg0Ayhqqk4klappSXQPPQL5S8qk3xjrkJNNV6Cbht1nXyOndr_ZtfcUlfeKPJBccuofyCnHpFi1ql0nZrQYfsk5v54VaUM5OAyLupZODfwJZvJM4u0F0hKJiwvurSBk1JFo4_G78ov" alt=""><figcaption></figcaption></figure>

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)](https://www.youtube.com/watch?v=TGbrFmPBV0Y). 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).\


\


<figure><img src="https://images.genius.com/fe5f6082ccaf9f0c3b7ca04d447f6596.600x434x1.jpg" alt=""><figcaption></figcaption></figure>

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).

\


<figure><img src="https://lh6.googleusercontent.com/5CqwfX_bG0jzMuKSgK6pugv3uVFZBA90XqcI1LVZI4GIMKktcVb5jlp9zfkFMMvrWawWoyEXRcioFv3CqkucIEc_RVE3M2eIv4M0oisgO9Blq_64Qx_fDIbqQ1BXmKVGd9Ag8a045icI" alt=""><figcaption></figcaption></figure>

<figure><img src="https://lh4.googleusercontent.com/yhevdeLPwOXaEdtLo_q5ekAA3gkF91HkPsmUPeWvNgjt0B2-yTBRAh0HxPigS9pfk6rLR-Nz0opXtrENya-J98Dqtb3fu9yMUagWkHLWs1NlGHZSuHOvFdxT7cXUWvCWPvkANKMvSfA-" alt=""><figcaption></figcaption></figure>

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).

​ &#x20;

<figure><img src="https://lh4.googleusercontent.com/Y1z_6blIM90yfWhPWptvEO-s-vfmgdM0IbqDOJ46zbgRrfnVAbo2K2_YT-3QW5kgjEPtpGOpE6zEM2ceOfV7ZUGVfTVFxrSgxpE828rvwOlsRHsVMDn-gS7rINc7P5JH_KIxaLOxGZeE" alt=""><figcaption></figcaption></figure>

Рис.4  Holho — пирамидальная голограмма

​Сенсорама (англ. Sensorama) — устройство, являющееся одним из наиболее ранних примеров применения технологии мультисенсорного [(](https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%BE%D0%B3%D1%80%D1%83%D0%B6%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5_\(%D0%B2%D0%B8%D1%80%D1%82%D1%83%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D1%80%D0%B5%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C\))мультимодального) [погружения](https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%BE%D0%B3%D1%80%D1%83%D0%B6%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5_\(%D0%B2%D0%B8%D1%80%D1%82%D1%83%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D1%80%D0%B5%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C\)). Первый в мире виртуальный [симулятор](https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%B8%D0%BC%D1%83%D0%BB%D1%8F%D1%82%D0%BE%D1%80) был сконструирован Мортоном[ ](https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=%D0%9C%D0%BE%D1%80%D1%82%D0%BE%D0%BD%D0%BE%D0%BD_%D0%A5%D0%B5%D0%B9%D0%BB%D0%B8%D0%B3\&action=edit\&redlink=1)Хейлигом, «отцом [виртуальной реальности](https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%B8%D1%80%D1%82%D1%83%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D1%80%D0%B5%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C)», положившим начало развитию технологий [VR](https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%B8%D1%80%D1%82%D1%83%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D1%80%D0%B5%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C) (Рис. 5).

&#x20;\


<figure><img src="https://lh6.googleusercontent.com/T0ptqmNbSIClWwuuZC1k4LmuIhHYEie8BMhiJdD1LDypLyYAb-p2vC8khFNnPbKuC1So1VpoXTBaRKvNz58-_fub_mVnmR4tu1DsXNgbgrcSZkG5QIpes2Yy2BfOd0JqUJyCHwe5I-hT" alt=""><figcaption></figcaption></figure>

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).

\


<figure><img src="https://lh4.googleusercontent.com/AbnehSUHx-WVX-Tvj7KfH7wkJpZ_FalohAO3Z3OmMEZ2Z4GhygBetNTCwaTp4IUAUb2P629LYfaKvjE3owHp_Nx9D_BTec3ryS1E3pBeRlzL-D5rxd4pzBjnIef7ndPhbOJ1QhTh_jd_" alt=""><figcaption></figcaption></figure>

&#x20;Рис.6 Принцип работы технологии дополненной реальности

**Классификация технологий дополненной реальности**

Дополненную реальность можно классифицировать опираясь на различные признаки (Рис. 7).

\


<figure><img src="https://lh5.googleusercontent.com/7fDZHt2FLxCR6u_LMhkX8f6bGtE9wqBa9TCIJJQD_2Kz94r1fBvYULIESky_B_D-qg7ukkTUoL2L713s_lshNq3uy0HbaNEdOYrGqvnVuY0eCLEQpTZOXkJUrKrBfVeVQRioovIHbrhf" alt=""><figcaption></figcaption></figure>

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:

1. 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.
2. &#x20;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:

1. 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.
2. 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.
3. 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:

1. 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.
2. 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:

1. 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.
2. Мобильные. Использование данных систем подразумевает перемещение в пространстве и работу в динамичном режиме с объектами окружающего мира.&#x20;

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](https://www.youtube.com/watch?v=ILb5ExBzHqw). В Иркутском государственном университете ведется разработка [стенда дополненной реальности](https://www.youtube.com/watch?v=oKSYFFvFZWo\&feature=youtu.be): 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).

&#x20;\


<figure><img src="https://lh6.googleusercontent.com/OJdi1lJvtVITM-LD7zbyVdYUrOtTYzCBG9vJmQky0vM8IBk7QvlwUzqX0-u58nm_8n_QFgtW1gvwzlXDWfqhgK69M6O5fOT6BPtIrUf73VH2uV0VX01TAihatyqTFMCN0AyYQKRg-qMt" alt=""><figcaption></figcaption></figure>

Рис. 8 Сферы использования технологий дополненной реальности

**Образование**Дополненная реальность может использоваться в изучении любого предмета, будь то физика или история, биология или литература. Например, [AR-приложение Anatomy 4D](https://augmentedreality.by/apps/anatomy-4d/) от компании DAQRI является интерактивным виртуальным наглядным пособием для изучения анатомии.**Строительство и архитектура**При 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»](https://augmentedreality.by/apps/ancient-city/), которое позволит вам увидеть удивительные 3D-модели целых городов — как древних, так и современных\
**Медицина**Сегодня 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 туризм**Системы 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 ритейл**Рассмотрим 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](https://www.youtube.com/watch?v=l9wFmh2nIiE). 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.&#x20;

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.&#x20;

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"](https://atlas100.ru/catalog/media-i-razvlecheniya/). Стоит обратить внимание на такие профессии: архитектор виртуальности, дизайнер виртуальных миров, дизайнер эмоций, инфостилист, дизайнер интерфейсов, разработчик нейроинтерфейсов и т.п.

&#x20;**Перспективы развития технологий**

Посмотрим технологии дополненной и виртуальной реальности на графике жизненного цикла перспективных технологий (Рис. 9).

<figure><img src="https://bki.matecdn.ru/-/bda961b5-3ded-4cea-8f37-547139e3685c/ar8.jpg" alt=""><figcaption></figcaption></figure>

1. Первая стадия — «триггер», когда в начале пути о технологии никто не знает, ей занимаются только учёные и энтузиасты, в нее никто не инвестирует.
2. Вторая стадия — «пик чрезмерных ожиданий». Все больше людей узнает про технологию, нарастает коллективное ожидание бума, всплеск интереса к ней.&#x20;
3. &#x20;«Разочарование» — третья стадия в цикле зрелости технологий. Сейчас в ней находится дополненная реальность.
4. Виртуальная реальность по циклу зрелости технологии находится на четвёртом этапе — «просвещение». Уже найдены решения основных проблем технологии, появляется много качественного контента и аудитория.&#x20;
5. 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».&#x20;

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**\


1. Воловикова З.А., Абдулов А.А., Мустакимов М.Ф., Веснин А.М., Балахчи А.Г., [Тактильная мультимедийная обучающая матрица-стенд](https://elibrary.ru/item.asp?id=35014537) // [Коммуникационные технологии: социально-экономические и информационные аспекты](https://elibrary.ru/item.asp?id=35000265): материалы междунар. науч.-практ. конф. Иркутск, 2018. - С. 23-25.
2. Абдулов А.А., Воловикова З.А., Мустакимов М.Ф., Балахчи А.Г., Веснин А.М., [Платформа гибридной реальности с открытым API](https://elibrary.ru/item.asp?id=37387981) // [Наука. Технологии. Инновации](https://elibrary.ru/item.asp?id=37387946): сборник научных трудов. В 9-ти частях. Под редакцией. А.В. Гадюкиной. 2018. С. 3-4
