Дополненная реальность

 

Дополненная реальность (англ. augmented reality, AR), — термин, относящийся ко всем проектам, направленным на дополнение реальности любыми виртуальными элементами. Дополненная реальность — составляющая часть смешанной реальности, в которую также входит «дополненная виртуальность» (когда реальные объекты интегрируются в виртуальную среду). Один из самых известных примеров дополненной реальности — цветная линия, показывающая траекторию движения шайбы при телетрансляции хоккейных матчей.
Дополненная реальность (augmented reality) – это технология,
позволяющая накладывать информацию поверх изображения реального мира. Благодаря
этому можно обзавестись зрением, как у Терминатора, а значит, не только быстрее
выслеживать врагов, но и без труда находить точки доступа Wi-Fi.
Дополненная реальность — это совмещение на экране двух изначально независимых пространств: мира реальных объектов вокруг человека и виртуального мира, созданного на компьютере.

Эта интерактивная технология дает пользователю возможность наложить специальные компьютерные 2D и 3D объекты поверх изображения с видеокамеры и, таким образом, «дополнить» реальность.

Основа технологии дополненной реальности — это система оптического трекинга.
Для работы системы необходимы следующие компоненты:
метки — специальные изображения, визуальные идентификаторы для компьютерных моделей;
камера, которая «видит» метки в реальном мире и передает видеосигнал в компьютер;
программное обеспечение, которое обрабатывает полученный сигнал и совмещает виртуальные модели с изображениями реальных объектов. 
Дополненная реальность (англ. augmented reality, AR — «расширенная реальность») — результат введения в поле восприятия любых сенсорных данных с целью дополнения сведений об окружении и улучшения восприятия информации.

Дополненная реальность — воспринимаемая смешанная реальность (англ. mixed reality), создаваемая с использованием «дополненных» с помощью компьютера 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 и т. п.

Классификация AR-систем

Системы дополненной реальности можно классифицировать разными способами. 
По типу представления информации системы бывают:
  • визуальные – в таких системах источником информации для человека является изображение;
  • аудио – такие системы подают человеку информацию в виде звука;
  • аудиовизуальные – системы, которые соединили в себе два предыдущих типа.
По типу устройств, от которых система AR получает информацию об окружающем мире:
  • геопозиционные – такие системы ориентируются, прежде всего, на сигналы систем позиционирования GPS или ГЛОНАСС, также могут использовать дополнительно компас и акселерометр для определения угла поворота относительно вертикали и азимута;
  • оптические – для подобных систем изображение, полученное с камеры, является источником информации.
По степени мобильности системы дополненной реальности можно классифицировать как:
  • стационарные – системы этого типа нельзя перемещать, так как это приведет к сбою работы;
  • мобильные – такие системы можно без труда перемещать. (Привести примеры, где применяются и пр.)
Системы можно различать по степени взаимодействия с пользователем:
  • автономные – системы, задача которых заключается в том, чтобы предоставить пользователю нужную информацию;
  • интерактивные – происходит активное взаимодействие с пользователем, который на свои действия получает ответ от системы.  

История возникновения и развития 
Первым исследователем дополненной реальности можно считать Айвэна Сазерленда, который построил работающий прототип системы в 1967 году. Он использовал стереоочки «Sword of Damocles» для показа трехмерной графики. Изображение в них проецировалось на два полупрозрачных стеклянных мини-дисплея с напылением серебра. Любопытное название происходит от способа крепления устройства — на потолке, что контрастировало с наименованием класса такого рода оборудования: Head-Mounted Display. Впервые система была использована в проекте, выполненном в 1968 г. для Bell Helicopter Company, в котором стереоочки работали в паре с инфракрасной камерой, находящейся под днищем вертолета. Камера управлялась движением головы пилота. Так родилось понятие «дополненной реальности».
Современный этап исследований начался в 1990 году, когда исследователи фирмы Boeing решили использовать наголовные стереодисплеи при сборке и обслуживании самолётов, накладывая интерактивную графику на изображения реального мира.
Одним из наиболее известных исследователей в этой области сегодня является Рональд Азума из HRL Laboratories. В 1997 г. он опубликовал большую обзорную статью «A Survey of Augmented Reality», где впервые были ясно очерчены проблемы и возможности, связанные с внедрением этой технологической концепции. С 1999 г. ведет свою историю регулярно проводимая конференция IEEE, ACM and Eurographics International Symposium on Mixed and Augmented Reality (ISMAR). Наиболее успешные и известные организации, специализирующиеся на дополненной реальностью, располагаются в Японии — Mixed Reality Systems Lab — и Германии — консорциум Arvika.
Впервые объединить виртуальные объекты и изображение с камеры удалось Хироказу Като, который создал специальную библиотеку программного обеспечения. Сейчас же ведутся разработки, как по созданию программного обеспечения дополненной реальности, так и по изобретению портативных устройств на подобии Google Glass, которые были представлены в 2012 году.

Хроника ключевых событий 
  • В 1997 году в мире впервые прошёл Международный семинар по дополненной реальности (International Workshop on Augmented Reality (IWAR).
  • В 1999 году в Японии впервые прошёл Международный семинар по смешанной реальности (International Symposium on Mixed Reality (ISMR).
  • В 2002 году за мероприятием закрепилось название «Международный семинар по смешанной и дополненной реальности» (International Symposium on Mixed and Augmented Reality (ISMAR).
  • В 2012 году она состоялась в ноябре в городе Атланта, США.
  • 7 февраля 2013 года в Москве прошёл круглый стол «Дополненная реальность» — перспективные ниши для инновационных разработок», организованный Высшей школой экономики и компанией РВК, запись которого вы можете посмотреть здесь.
  • В 2013 году ISMAR проходила с 1 по 4 октября в австралийском городе Аделаида. Официальный сайт мероприятия — http://ismar.vgtc.org/.
  • С 4 по 5 июня 2013 года в городе Санта-Клара, США, проходила конференция Augmented World Expo 2013. Официальный сайт AWE — http://augmentedworldexpo.com/.
  • 10–11 октября 2013 года в Мюнхене прошла организованная компанией metaio международная конференция по дополненной реальности insideAR. Официальный сайт — http://www.metaio.com/insidear/. ARNext выступил информационным спонсором мероприятия.
  • C 27 по 29 мая 2014 года в Санта-Кларе проходила ежегодная выставка Augmented World Expo. Адрес официального сайта мероприятия прежний — http://augmentedworldexpo.com/
  • 8 июля 2014 года откроется токийский тур конференции insideAR 2014. ARNext является партнёром мероприятия. Сайт: http://www.insidear2014.com/
Примеры использования



Дополненная реальность (AR) позволяет обогащать мир новейшими технологиями, порождая уникальный комбинированный интерактивный опыт. Хотя в образовании дополненная реальность пока применяется довольно редко, но всё больше учителей, исследователей и разработчиков начинают двигаться в сторону более интерактивных обучающих методик. Многие такие методики вырастают в действительно интересные и творческие проекты. Здесь мы собрали несколько особенно интересных проектов такого рода, хотя конечно, на самом деле их гораздо больше. Примеры исспользования дополненной реальности в образовании.

За последние несколько лет дополненная реальность получила достаточно широкое применение в рекламной сфере и маркетинге, где она используется с целью привлечения покупателя и, как следствие, увеличения объема продаж. Крупнейшие производители автомобилей в презентациях своей новой продукции используют приложения дополненной реальности. Например, Volvo разработал «рентгеновское» приложение, позволяющее изучить внутренние детали автомобиля, а представили Volkswagen в Гонконге с помощью игры на основе дополненной реальности  рассказали об особенностях новой модели. Некоторые компании, такие как IKEA и ASOS, при помощи приложений дополненной реальности предоставляют своим покупателям возможность рассмотреть все детали их продукции. Покупателю всего лишь нужно иметь смартфон или планшет и каталог. А приложение от DULUX позволяет виртуально изменить цвет своих стен и посмотреть на это в реальности.
Технологии дополненной реальности не обошли стороной и сферу развлечений. Например, сеть ресторанов быстрого питания McDonald’s к Чемпионату мира по футболу 2014 представила для своих посетителей игру, в которой нужно забивать голы, где воротами являются упаковка картофеля фри. Различные печатные издания, например, «Популярная механика» для своих читателей добавили в журналы элементы дополненной реальности для развлечения и дополнительной информации.
В военной промышленности, медицине, образовании разработки приложений дополненной реальности идут медленнее, ведь в этих областях требуются более совершенные устройства. Несмотря на это первые шаги по внедрению технологии AR в подобные сферы жизни сделаны. Военные разных стран уже тестируют шлемы и очки, позволяющие им видеть данные о текущем местоположении, расположении собственных войск и передавать данные в штаб или авиационным силам. 
В медицине приложения дополненной реальности не менее востребованы. 
Хирурги проводят операции в очках Google Glass, которые позволяют врачам вести видеоконференции с коллегами и вызывать с помощью голоса результаты различных анализов. 

А вот приложение от Phobious позволит избавиться, например, от арахнофобии или от боязни уколов. Дополненная реальность станет отличным помощником при изучении школьных предметов или получении новых навыков. 
Проект Chostman позволяет пользователям повторять действия, которые он видит поверх своих рук. Сейчас даже простые учебники становятся интереснее с технологией дополненной реальности. Ученики могут наглядно с помощью приложений рассмотреть то, о чем они читают.
Разработчикам приложений дополненной реальности и новых аппаратных средств есть, к чему стремиться. Исследования и разработки ведутся в разных направлениях. Например, гиганты Apple, Samsung и другие ведут разработки носимых устройств, управление которыми будет осуществляться с помощью голоса. А в будущем возможным станет и управление с помощью глаз. Важным вопросом является внедрение дополненной реальности в медицину, образование и военную промышленность.


Технические средства дополненной реальности
Для работы с приложениями дополненной реальности чаще всего используют портативные устройства: новейшие мобильные телефоны, смартфоны, планшеты и пр. 
Но всех их объединяет 4 составляющие:
  • дисплей, 
  • устройство ввода, 
  • устройство отслеживани,
  • процессор.
Есть три основных типа дисплеев, используемых в дополненной реальности:

  • Head mounted displays (HMD), которые могут быть видео-прозрачным или оптико-прозрачным. Это устройство, которое не нужно держать в руках, потому что оно закрепляется на голове пользователя. Примером подобных устройств являются Google Glass, немецкие Talking Places, Smart Glasses от Vuzix; 
  • ручные дисплеи. Это широко распространенные и всем известные устройства: смартфоны и планшеты. 
  • пространственные дисплеи. Суть подобных дисплеев заключается в использовании видеопроекторов, оптических элементов, голограмм.
    http://hizone.info/index.html?di=200807030
В данный момент существует несколько типов устройства ввода для работы с дополненной реальностью. В случае смартфонов, телефон сам по себе может быть использован в качестве указательного устройства.
Наши гаджеты оснащены цифровыми камерами, GPS, акселерометрами, магнитометрами, гироскопами, которые и являются устройствами отслеживания. От данных, получаемых с этих устройств, зависит результат работы приложения AR.
Система дополненной реальности должна обладать мощным процессором и иметь достаточный объем оперативной и видео памяти для обработки изображений с камеры. В наше время вопрос мощности не столь актуален, так как современные устройства являются достаточно мощными, чтобы удовлетворить большую часть пользовательских запросов.

Технические средства, применяемые при разработке программного обеспечения AR
Существует целый набор библиотек для разработки приложения дополненной реальности:

  • OpenCV – библиотека алгоритмов компьютерного зрения, обработки изображений и численных алгоритмов общего назначения с открытым кодом; 
  • Vuforia SDK – это программное обеспечение для мобильных устройств, которое позволяет создавать приложения дополненной реальности. Оно использует технологию компьютерного зрения для того, чтобы распознавать и отслеживать плоские изображений и простые 3D-объекты в режиме реального времени; 
  • ARToolkit – это библиотека компьютерного слежения для создания приложений с дополненной реальностью Для этого ПО использует возможности видео слежения, расчет реального положения и ориентации камеры по отношению к квадратному физическому маркеру в режиме реального времени; 
  • Metaio SDK – готовая библиотека для создания мобильных приложений дополненной реальности; 
  • String – библиотека для создания мобильных приложений ориентирована на iOS устройства;
Не стоит путать дополненную реальность с виртуальной
В виртуальной реальности окружающий реальный мир полностью заменяется виртуальностью, пользователь не наблюдает реальные объекты. Дополненная реальность отличается тем, что позволяет человеку видеть и реальный мир, и виртуальные объекты.
Уже сегодня дополненная реальность применяется во многих отраслях человеческой деятельности. Благодаря активному развития мобильных и портативных устройств сфера применения дополненной реальности будет только расширяться.

Дополненная реальность в Хабаровском крае
  • Компания «Мобильные ТелеСистемы» (МТС) и Хабаровский краевой музей имени Н.И. Гродекова при поддержке Правительства Хабаровского края объявили о запуске в Хабаровске историко-культурного проекта «Музей будущего: дополненная реальность» на основе технологии дополненной реальности, позволяющей с помощью QR-кодов – специальных штрихкодов получить подробную информацию о музейных экспонатах в инновационном формате. В рамках проекта QR-коды размещены на 50 объектах исторической иэтнографической экспозиций музея. Они сопровождают экспонаты, рассказывающие об освоении Дальнего Востока России в конце XIX – начале XХ века, гражданской войне на Дальнем Востоке, культуре коренных народов и природе Хабаровского края. Также МТС разместила QR-коды в экспозиции под открытым небом, в частности на объектах «сада камней», «пушечной батареи» и «аллеи парковой скульптуры».  
  • Проект «Зоосад будущего: дополненная реальность» на основе технологии дополненной реальности, позволяющей с помощью QR-кодов – специальных штрихкодов получить подробную информацию о питомцах зоосада в инновационном формате.
    Всего в рамках проекта более 50 QR-кодов размещено на территории Приамурского зоосада. Для того, чтобы узнать как можно больше об обитателях зоосада, достаточно установить на своем смартфоне клиентское приложение для сканирования и распознавания QR-кодов, навести камеру телефона на QR-код и, считав его, прочесть информацию о животном. В рамках проекта также была разработана специальная мобильная версия сайта зоосада. При переходе на его страницу текст автоматически адаптируется под формат того или иного мобильного устройства – смартфона или планшета, что облегчает чтение текста с мобильного устройства.   

Дополненная реальность в России

  • В Красноярске появился историко-культурный проект «Музей будущего: дополненнаяреальность», позволяющей с помощью QR-кодов получить подробную информацию о музейных экспонатах в инновационном формате. Партнером акции выступил оператор МТС. 
  • На первом этапе реализации проекта QR-коды размещены на объектах археологической, палеонтологической, нумизматической, художественной, этнографической коллекции музея. Они сопровождают экспонаты, рассказывающие об истории Красноярского края с древнейшего прошлого до современного времени. Также оператор оснастил QR-кодами уникальную выставку «Пришелец юрского периода», посвящённую скелету древнейшего в мире стегозавра, существовавшего более 165 миллионов лет назад. Технология дополненной реальности и мобильный Интернет помогут посетителям увидеть дополнительные фотографии и иллюстрации его воссозданного внешнего облика, узнать историю поиска останков и сбора скелета динозавра. 
  • Игра дополненной реальности «Построй город!» для Экспериментаниума, поиграть в которую владельцы компьютеров с веб-камерами могут, пройдя по этой ссылке.
  • Интерактивная игра «Путешествие внутри компьютера», разработанная для журнала «ComputerBild», по мнению EligoVision, вполне может служить примером программы дополненной реальности, развивающий моторику. Опробовать её можно, посетив специальную страницу сайта компании.


  • Платформа SpaceAR позволяет создавать реалистичные виртуальные миры и объекты. Преимуществом платформы является то, что, в отличие от систем виртуальной реальности, в качестве базы она использует реальный мир, добавля виртуальные объекты, которые подчиняются законам физики и реалистично взаимодействуют с аудиторией, реагируя на их жесты, прикосновения, слова и даже эмоции.

Дополненная реальность в Мире
  • Проект LearnAR показывает как можно использовать augment reality в школе, давая ответы с помощью меток, а также для визуального отображения каких-либо реальных объектов, как то - кости человека или его внутренние органы в биологии, или минералы в геологии.



Можно сделать вывод о том, что под термином "Дополненная реальность" понимается совмещение материальных и виртуальных объектов в реальном времени и пространстве. Нами были рассмотрены сферы применения данной технологии, затронуты реализованные и развивающиеся проекты. Основные проблемы реализации технологии "дополненной реальности" это малое количество специалистов в этой области и большие суммы на организации проекта. Из этого следует, что бы применить эту технологию уже сейчас нужно найти альтернативный вариант - более экономичный и не требующий больших знаний программирования. Этим вариантом является применение технологии кодирования QR-код.


Ссылки по теме:
Использованная литература
1. Материалы статьи «Дополненная реальность» на сайте www.cgwiki.ru.
2. Дмитрий Мамонтов. Обогащая реальность: Технология AG (Augmented Reality). «Популярная механика», сентябрь 2009. (http://www.popmech.ru/article/5826-obogaschaya-realnost/).
3. Игорь Осколков. Augmented Reality: вот такая дополненная реальность. «Компьютерра», 11 августа 2009. (http://www.computerra.ru/terralab/softerra/448481/)
4. Ольга Ро. Детская книга и Интернет: реальность цифровая, альтернативная и дополненная. По материалам сайта http://bookind.ru/ 
Отправить комментарий

Популярные сообщения