1. Главная страница » Компьютеры » Augmented reality что это

Augmented reality что это

Автор: | 16.12.2019

Дополненная реальность (англ. augmented reality , AR [1] — «дополненная реальность») — результат введения в поле восприятия любых сенсорных данных с целью дополнения сведений об окружении и улучшения восприятия информации.

Содержание

Сущность и происхождение [ править | править код ]

Дополненная реальность — воспринимаемая смешанная реальность, создаваемая с помощью компьютера с использованием «дополненных» элементов воспринимаемой реальности, когда реальные объекты монтируются в поле восприятия.

Среди наиболее распространенных примеров дополнения воспринимаемой реальности — параллельная лицевой цветная линия, показывающая нахождение ближайшего полевого игрока к воротам при телевизионном показе футбольных матчей, стрелки с указанием расстояния от места штрафного удара до ворот, «нарисованная» траектория полета шайбы во время хоккейного матча, смешение реальных и вымышленных объектов в кинофильмах и компьютерных или гаджетных играх и т. п.

Предположительно, термин «дополненная реальность» был предложен исследователем корпорации Boeing Томом Коделом (англ. Tom Caudell ) в 1990 году [2] . Том Кодел употреблял термин, описывая цифровые дисплеи, которые использовались при постройке самолётов. Сборщики носили с собой портативные компьютеры, могли видеть чертежи и инструкции с помощью шлемов, имеющих полупрозрачные дисплейные панели [3]

Существует несколько определений дополненной реальности: исследователь Рональд Азума (англ. Ronald Azuma ) в 1997 году определил её как систему, которая [4] :

  1. совмещает виртуальное и реальное;
  2. взаимодействует в реальном времени;
  3. работает в 3D.

В 1994 году Пол Милгром (англ. Paul Milgram ) и Фумио Кисино (англ. Fumio Kishino ) описали континуум «виртуальность-реальность» (англ. Milgram’s Reality-Virtuality Continuum ) [5] — пространство между реальностью и виртуальностью, между которыми расположены дополненная реальность (ближе к реальности) и дополненная виртуальность (ближе к виртуальности). Дополненная реальность — результат добавления к воспринимаемым как элементы реального мира мнимых объектов, обычно в качестве вспомогательной информации.

Иногда в качестве синонимов используют термины «расширенная реальность», «улучшенная реальность», «обогащённая реальность», «увеличенная реальность». Правда, такое использование названных терминов в общем случае неправильно, — термины «расширенная реальность», «увеличенная реальность», «обогащённая реальность» применимы лишь для обозначения определённых форм и аспектов практического применения дополненной реальности, тогда как применимость термина «улучшенная реальность» вовсе сомнительна.

Проблемы в развитии дополненной реальности [ править | править код ]

«Как и у любой технологии, у AR и VR есть обратная сторона: пока их довольно тяжело использовать. От ношения AR-очков за целый день очень устают глаза, особенно это было заметно в ранних версиях девайсов; плюс человеку поступает в разы больше информации. Но в будущем люди к этому адаптируются — параллельно с развитием технологий», — говорит [6] футуролог Роберт Скоубл. Другая проблема современной дополненной реальности — неудобство в использовании AR-очков из-за их громоздкого размера, а также высокая цена таких девайсов. Очки же для широкой аудитории, которые дешевле и больше распространены (например, Google Glass) — маломощны, поэтому не могут выполнять множество функций [7] .

Литература, кинематография и телевидение [ править | править код ]

Первые приёмы дополненной реальности, не получив тогда такого наименования, нашли широкое применение в фантастической литературе и связанном с ней изобразительном искусстве в жанре альтернативная история, а также в продукции телевидения и кинофильмах, где смешаны и взаимодействуют реальные объекты и персонажи с таковыми же, созданными мультипликацией и компьютерной графикой.

Мобильные технологии [ править | править код ]

Существует множество программных продуктов для мобильных устройств, которые позволяют при помощи дополненной реальности получить необходимые сведения об окружении: браузеры дополненной реальности [8] и специализированные программы для отдельных сервисов, компаний или даже единственных моделей. Само распространение дополненной реальности и нарастающая известность технологии среди потребителей связаны с тем, что вычислительная мощность и набор датчиков в аппаратных платформах для смартфонов и планшетов-компьютеров позволяют производить наложение любых цифровых данных на получаемое в реальном времени со встроенных в устройства камер изображение. Часть решений в этой области воплощается в виде нательных компьютеров (в том числе в качестве элементов умной одежды) для постоянного контакта со средой дополненной реальности.

Корпорация Google работает над гарнитурой Project Glass (одна из первых попыток вывести дополненную реальность в потребительский сектор, 2013 год, заморожена разработка в 2015 году. Параллельно шла разработка платформы для дополненной реальности Tango, выпущена в 2016 году [1] ), а Vuzix — над Smart Glasses M100. Microsoft в 2016 году выпустила Hololens для бизнеса и профессионалов. В июне 2017 года Apple анонсировала платформу ARKit [1] . Аналогичные разработки ведут другие крупные компании, включая Canon с AR-очками для профессиональных дизайнеров MREAL [9] , а также многие начинающие компании.

Медицина [ править | править код ]

В современных лапароскопических операциях изображение на эндоскопе дополняется изображением, полученным во время интраоперативной ангиографии. Это позволяет хирургу точно знать, где находится опухоль внутри органа, и таким образом минимизировать потери здоровой ткани органа пациента во время операции по удалению опухоли [10] .

Читайте также:  403 Запрещено доступ запрещен росфинмониторинг

Военная техника [ править | править код ]

Широкое распространение получают и тактические системы дополненной реальности для экипажей боевых машин, танков, солдат, действующих в пешем порядке. Примером такого рода является американская нашлемная система ARC4. В перспективе для синтеза соответствующих символов дополненной реальности могут будут использоваться технологии искусственного интеллекта, что позволит оперативно маркировать цели, обеспечивая эффективное целеуказание, координацию и бесконфликтность совместного ведения огня [12] .

Технология дополненной реальности является мощным инструментом оптимизации 3D-топологии хранилищ боеприпасов на местности с выбором совокупности боеприпасов в стеках и расстояний между ними на основе динамической визуализации зон рисков. Распространение информации о таких зонах позволит выбирать безопасные места дислокации и наименее рискованные маршруты передвижения подразделений в условиях угрозы взрыва хранилищ. Кроме того, на очках AR или соответствующих дисплеях могут отображаться сведения о состоянии и предыстории эксплуатации конкретных боеприпасов перед их отправкой в подразделения [13] .

Компьютерные игры [ править | править код ]

Существуют компьютерные игры, производящие обработку видеосигнала с камеры и накладывающие на изображение окружающего мира дополнительные элементы. Например, в 2004 году была выпущена игра для мобильных телефонов с названием Mosquitos, отображающая на экране телефона изображение с расположенной позади него камеры, с наложенными на это изображение прицелом и огромными комарами, от которых «отстреливался» игрок [14] .

В современном мире игры дополненной реальности получили широкое распространение на гаджетах, а также на игровых консолях. К середине 2016 года получила широчайшее распространение по миру и серьёзный общественный резонанс гаджетовая глобальная многопользовательская игра Pokémon Go [1] для интерактивной ловли покемонов в виртуально дополненном реальном мире — на реальных объектах по всей территории планеты. Американец Абхишек Сингх (англ. Abhishek Singh ) перенёс в дополненную реальность целый уровень из Super Mario Bros. Также разработчики перенесли Minecraft в дополненную реальность [1] .

Полиграфия [ править | править код ]

Дополненная реальность активно используется в печатной продукции на Западе благодаря распространению так называемых браузеров дополненной реальности [8] — в частности, Wikitude, JuliviAR, Layar, blippAR и других. В газеты, буклеты, проспекты, журналы и даже географические карты [15] помещаются изображения, служащие метками для последующей визуализации цифровых объектов. В роли дополняющей информации может выступать текст, изображения, видео, звук или трёхмерные объекты, статичные или анимированные — фактически, абсолютно любые цифровые данные. С помощью специальных программ-браузеров, установленных на планшеты и смартфоны, пользователи сканируют метки, получая доступ к дополнительному контенту.

В периодике дополненная реальность чаще всего используется для визуализации рекламы, в качестве привлекающего внимание аудитории маркетингового инструмента. Однако встречаются проекты, направленные на решение социальных задач: показательным примером здесь выступает инициатива японской газеты Tokyo Shimbun, тексты которой при помощи мобильных устройств адаптируются для детского восприятия, что направлено на создание общего информационного поля у детей и их родителей и укрепление связей в семье [16] .

В качестве меток дополненной реальности могут использоваться штрих-коды, QR-коды, метки RF >[17] .

Дополненная реальность – одна из многих технологий взаимодействия человека и компьютера. Ее специфика заключается в том, что она программным образом визуально совмещает два изначально независимых пространства: мир реальных объектов вокруг нас и виртуальный мир, воссозданный на компьютере.

Новая виртуальная среда образуется путем наложения запрограммированных виртуальных объектов поверх видеосигнала с камеры, и становится интерактивной путем использования специальных маркеров.

Дополненная реальность уже много лет используется в медицине, в рекламной отрасли, в военных технологиях, в играх, для мониторинга объектов и в мобильных устройствах.

Основа технологии дополненной реальности – это система оптического трекинга. Это значит, что «глазами» системы становится камера, а «руками» — маркеры. Камера распознает маркеры в реальном мире, «переносит» их в виртуальную среду, накладывает один слой реальности на другой и таким образом создает мир дополненной реальности.

Существуют три основных направления в развитии этой технологии:

«Безмаркерная» технология AR

«Безмаркерная» технология работает по особым алгоритмам распознавания, где на окружающий ландшафт, снятый камерой, накладывается виртуальная «сетка». На этой сетке программные алгоритмы находят некие опорные точки, по которым определяют точное место, к которому будет «привязана» виртуальная модель. Преимущество такой технологии в том, что объекты реального мира служат маркерами сами по себе и для них не нужно создавать специальных визуальных идентификаторов.

AR технология на базе маркеров

Технология на базе специальных маркеров, или меток, удобна тем, что они проще распознаются камерой и дают ей более жесткую привязку к месту для виртуальной модели. Такая технология гораздо надежнее «безмаркерной» и работает практически без сбоев.

«Пространственная» технология

Кроме маркерной и безмаркерной, существует технология дополненной реальности, основанная на пространственном расположении объекта. В ней используются данные GPS/ГЛОНАСС, гироскопа и компаса, встроенного в мобильный телефон. Место виртуального объекта определяется координатами в пространстве. Активация программы дополненной реальности происходит при совпадении координаты, заложенной в программе, с координатами пользователя.

Стараясь исключить технологические риски и обойти проблемные моменты, при разработке прототипа программного комплекса, мы остановили свой выбор на надежной и проверенной маркерной технологии дополненной реальности.

Читайте также:  Nfs underground 2 управление клавиатурой

Так же, использование маркерной технологии имеет дополнительные преимущества в плане внедрения в методическую часть наглядных печатных материалов, используемых в общеобразовательных учреждениях при изучении конкретной темы и проведении практических работ по ней.

Примеры приложений с AR технологиями

Складской учёт с дополненной реальностью

Руководство пользователя с дополненной реальностью

Раскраски с дополненной реальностью

Маркерная AR навигация внутри помещений

Мобильный образовательный комплекс

Промо-приложение и брендирование сок «Добрый»

Живой печатный учебник

Живая полиграфия с AR

Визуализация скрытых объектов

Оборудование для AR технологий

Для работы с технологией дополненной реальности обязательно необходимы следующие компоненты:

  • Графическая станция. Это может быть мобильный телефон, ноутбук, персональный компьютер, графическая рабочая станция с профессиональной видеокартой. Одним словом, компьютер.
  • Дисплей. Экран телефона, телевизор, монитор, моно или стерео дисплей, проекционный экран.
  • Камера. Благодаря камере мы получаем «слепок» реального мира, на который специальное программное обеспечение накладывает виртуальные объекты.
  • Метки, или маркеры.
  • Программное обеспечение. Математические алгоритмы, которые позволяют камере увидеть и распознать метку (маркер) в окружающем пространстве, а затем определить, какая именно модель программно «привязана» к метке. И, наконец, «положить» эту модель на метку таким образом, чтобы виртуальный 2D или 3D объект повторял любое движение реальной метки.

Технология дополненной реальности это, в основе своей, программное обеспечение. То есть это специальные математические алгоритмы, которые связывают камеру, метки и компьютер в единую интерактивную систему.

Основная задача системы – определить трехмерное положение реальной метки по ее снимку, полученному с помощью камеры. Процесс распознавания происходит поэтапно. Сначала снимается изображение с камеры. Затем программа распознает пятна на каждом кадре видео в поисках заданного шаблона – рамки метки. Поскольку видео передается в формате 2D, то и найденная на кадре рамка метки определяется как 2D контур. Как только камера «находит» в окружающем пространстве рамку, ее следующая задача – определить, что именно изображено внутри рамки. Как только сделан последний шаг, задача системы – построить виртуальную 3D модель в двухмерной системе координат изображения камеры. И привязать ее к метке.

После этого, как бы мы ни передвигали метку в реальном пространстве, виртуальная 3D модель на ней будет точно следовать за движением метки.

К сожалению, маркерная технология, как и любая другая технология, имеет ряд возможных проблем в работе с метками. Бывает, что при движении метки объект может «соскочить» с нее или вовсе исчезнуть с экрана. Это означает, что камера просто перестала «видеть» метку. Есть пять основных причин для этого.

Первое, в чем может заключаться проблема, это освещение. Затемненная зона, слишком яркое направленное освещение, лампа дневного света, светочувствительность камеры, — все эти параметры напрямую влияют на уровень распознавания метки.

Вторая проблема – это расположение реальной метки в пространстве по отношению к камере. Поскольку камера должна четко и целиком видеть рамку метки, она не сможет распознать ее, если метка будет под наклоном или если область рамки будет закрыта, например, рукой. Еще одна причина – слишком быстрое перемещение метки из стороны в сторону. Большинство любительских камер просто не успевает отследить ее перемещения по частоте кадров в секунду и «теряет» метку вместе с моделью.

Если первые две сложности легко устранить, просто следуя инструкции по применению, то есть и третья, более серьезная проблема. Она связана с калибровкой камеры. Калибровка нужна, чтобы построить модель реальной камеры в компьютерном пространстве.

Для того чтобы добавить перспективу и глубину в 2D картинку, которая отображается с камеры на экран, нужно определить параметры перспективной проекции для камеры. Это можно сделать в домашних условиях, используя «шахматную доску» и специальное программное обеспечение.

Еще одна проблема, которая часто относится к web-камерам, — это низкое разрешение камеры. Любительская оптика, тем более встроенные камеры на ноутбуках, как правило, не обладают хорошими объективами с высоким разрешением. Поэтому они дают больше нелинейных искажений и проблем в работе с метками дополненной реальности. Например, если метка будет находиться слишком далеко от камеры или на границе ее видимости, то последняя ее просто «не увидит». Этот вопрос решается покупкой камеры с более высоким разрешением и ее последующей калибровкой.

И последняя проблема – это программное обеспечение. Некоторые алгоритмы распознавания могут иметь ошибки и давать погрешности во время распознавания рамки и «чтения» картинки метки. В этом случае модели могут отображаться некорректно (например, на метке с совой может появиться совсем другой объект) или вовсе исчезать с экрана.

Аппаратная часть, для реализации базовых функций технологии дополненной реальности должна решать 3 основных задачи: получать видеопоток хорошего качества, иметь возможность обработать данный видеопоток и дополнить слоем с виртуальными объектами и, конечно же, вывести обработанные данные на устройства вывода для восприятия конечным пользователем.

Для начала поясним, что такое технология дополненной реальности (AR — augmented reality). Её часто путают с виртуальной реальностью (VR — virtual reality).

Понять разницу довольно просто. Виртуальная реальность состоит только из нереальных, созданных в программе объектов.

Надевая VR-шлем, вы полностью оказываетесь в искусственно созданном мире.

Дополненная реальность — это когда нереальные, виртуальные, объекты в восприятии пользователя становятся частью реальной окружающей картины мира.

От «Сенсорамы» к приложениям на iPhone

Разработкой технологии дополненной реальности исследователи занимаются не первый год. В 1961 году кинооператор Мортон Хайлиг представил иммерсивное мультисенсорное устройство, напоминающее своеобразную аркадную игру с вибрацией и воспроизведением стереофонических звуков. В следующем году Хайлиг получил патент на первый в мире виртуальный симулятор под названием «Сенсорама». Огромное устройство, внешне похожее на игровые автоматы 1980-х, позволяло зрителю впервые погрузиться в виртуальную реальность: например, прокатиться на мотоцикле по улицам Бруклина. Однако «Сенсорамой» не заинтересовались инвесторы и разработки пришлось свернуть.

Читайте также:  Lg 34um58 p обзор

Следующим этапом развития технологии принято считать 1974 год, когда компьютерный специалист Майрон Крюгер разработал лабораторию «искусственной реальности» под названием Videoplace. Она представляла из себя несколько связанных по сети комнат, в каждой из которых находился большой экран с расположенным позади него видеопроектором. Когда человек заходил в комнату, он видел на экране свое собственное изображение в виде примитивного силуэта, а также подобные силуэты людей в остальных комнатах. У всех «теней» можно было менять цвет или размер, а также присоединять к ним различные визуальные объекты.

Возможно, идеи Крюгера и его друзей побудили ученого Тома Кодэлла впервые предложить термин «дополненная реальность» в 1990 году. Работая в компании Boeing Computer Services в Сиэтле, он использовал словосочетание для обозначения цифрового дисплея на голове, используемого электриками самолетов, которые смешивали виртуальную графику с физической реальностью.

В 1992 году первая действующая AR-система начала использоваться военными ВВС США. Она получила название «Виртуальные светильники» и позволила создать новый метод обучения пилотов. С помощью наложения физически реальных объектов на 3D-виртуальные появился первый настоящий опыт дополненной реальности, обеспечивающий картинку, звук и прикосновение.

Примерно в то же время в университете штата Колумбия состоялась презентация системы KARMA («Помощник в дополненной реальности»), позволяющей через шлем виртуальной реальности увидеть интерактивную инструкцию по обслуживанию принтера.

Но до 1999 года дополненная реальность широко не использовалась, а многими учеными и исследователями даже не понималась. Для ее работы использовались сложные программные решения и громоздкое оборудование. Однако ситуация резко изменилась, когда японский профессор Хироказу Като из Института науки и технологий Нары выпустил уникальное программное обеспечение под названием ARToolKit. Оно позволило отслеживать видеозахват действий в реальном мире и объединить их с виртуальными объектами. Обеспечение могло быть связано с простым карманным устройством: например, камерой и подключением к интернету. Появление ARToolKit привело к тому, что теперь пользователи видели непосредственно сам процесс работы дополненной реальности.

Уже в 2000 году Брюс Томас из лаборатории Wearable Computer разработал первую мобильную игру для открытого пространства с системой дополненной реальности, названную ARQuake. Она позволила пользователю с прикрепленным цифровым дисплеем на голове повернуть голову и увидеть другие объекты виртуального мира. ARQuake с успехом презентовали на Международном симпозиуме по мобильным компьютерам.

Несколько лет спустя в 2008 году первые AR-приложения были созданы для смартфонов, и люди по всему миру мир смогли впервые воспользоваться новейшей технологией. Первое приложение предназначалось для пользователей Android, и это позволило им использовать свои камеры, чтобы увидеть на экране различные объекты виртуальной реальности в 3D. Решение вскоре появилось и на iPhone, и запущено в качестве навигационного приложения, названного Wikitude Drive.

Шум из ничего или действительно полезная технология?

Хотя дополненная реальность в течение многих лет пытается попасть в технологический мейнстрим, многие из ее самых ярых сторонников начали задаваться вопросом, сможет ли она справиться с собственным потенциалом.

Многие исследователи считают, что на самом деле технология уже начала демонстрировать свою истинную ценность благодаря упрощению многих привычных для потребителей вещей. Например, уже существуют приложения по подбору причесок и одежды, широко используемые в индустрии красоты; в автомобильном секторе, где пользователи теперь могут использовать дополненную реальность, чтобы погрузиться в опыт вождения автомобиля, который они хотят приобрести.

Некоторые бренды, такие как Lego и Jurassic World, уже экспериментируют с технологией, и отмечают, что его потенциальное воздействие на аудиторию огромно.

Выйти за пределы вау-эффекта

AR по-прежнему имеет удивительный вау-фактор. Он идеально сработал с игрой Pokemon Go, в которой до сих пор миллионы игроков находят, захватывают и тренируют виртуальных существ, появляющихся на экране, будто они находятся в том же реальном месте, что и игрок.

Ведущие бренды и розничные торговцы, такие как Sephora, Nestlé и Jaguar Land Rover, продемонстрировали особое лидерство в этой области. Они экспериментировали с использованием AR для предоставления персональных консультаций, информации о происхождении товаров или дополнительных услуг для их продуктов, что привело к успешным, вдохновляющим кампаниям, которые выходят далеко за рамки обычных игр.

А, например, Ikea полностью интегрировала AR в свое приложение, с помощью которого позволяет пользователям проверить, как мебель может выглядеть в их домах. Кондитерская марка Cadbury использовала дополненную реальность, чтобы улучшить календарь с рождественскими подарками для своих потребителей. Любители шоколада могут использовать приложение Blippar для сканирования своего календаря и входа в «дополненный мир зимних чудес».

Интерес к AR продолжает расти в геометрической прогрессии. Теперь он подпитывается и искусственным интеллектом, который позволяет камерам «понимать» мир и накладывать на него цифровой контент. В сочетании с оборудованием, становящимся более мощным и легким, ближайшие годы будут ключевыми для развития дополненной реальности.

«>

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *