Киноафиша Чебоксары

Кинопортал г. Чебоксары


Дополненная реальность

Дополненная реальность (англ. Augmented Reality, AR) — объединяющий термин для всех проектов, предназначенных для дополнения реальности любыми виртуальными элементами. Дополненная реальность является также одной из составляющих частей так называемой смешанной реальности, от английского словосочетания Mixed Reality, другой составляющей частью которой является дополненная виртуальность — интегрирование реальных объектов в виртуальную среду.

Когда среди бела дня в состоянии бодрствования вы начинаете видеть объекты или явления, которых на самом деле нет, то это означает одно из двух:

  • либо вам пора отдохнуть в маленькой уютной комнате с мягкими стенами;
  • либо вы стали пользователем одной из революционных технологий, позволяющих взглянуть на окружающий нас мир по-иному.

Хорошо забытое старое

С технологиями создания виртуальной реальности человечество заочно знакомо уже достаточно давно, примерно с 1950-х годов, по художественным произведениям и по эпизодам из фантастических фильмов. лишь только в последние десятилетия новые технологии стали выходить из стен лабораторий и проникать в разные сферы жизни общества. При этом стало очевидно, что на практике стопроцентная виртуализация ощущений неудобна и в большинстве случаев избыточна — ведь человек никогда в полной мере не сможет отгородиться от реального мира. Поэтому появилось несколько частных случаев частичной, неполной виртуализации, одной из которых является технология дополненной реальности.

Авторство термина Augmented Reality, предположительно, приписывается работавшему на корпорацию Boeing в 1990-х годах исследователю тому Коделу (Tom Caudell).

Известно, по крайней мере, три взаимодополняющих определения дополненной реальности.исследователь Рональд азума (Ronald Azuma) в 1997 году определил дополненную реальность как систему, которая:
а) совмещает виртуальное и реальное;
б) взаимодействует в реальном времени;
в) работает в 3D.

В 1994 году Пол милгром (Paul Milgram) и Фумио Кисино (Fumio Kishino) описали "Континуум виртуальность — реальность" (англ. Milgram's Reality-Virtuality Continuum) как пространство между реальностью и виртуальностью, между которыми расположены дополненная реальность (ближе к реальности) и дополненная виртуальность (ближе к виртуальности). то есть дополненная реальность — это добавление к поступающим из реального мира ощущениям мнимых объектов, обычно вспомогательно-информативного характера.

Дополненная реальность — то новое, которое "хорошо забытое старое", достаточно обратиться к истории. Например, на борту боевых самолетов и бронемашин уже давно применяется нашлемная индикация, выводящая перед глазами оператора картинку обзора реальной панорамы со служебной информацией. Самый простой случай — экранное меню, накладываемое поверх видеоизображения, появившееся на экранах наших телевизионных приемников еще в 1980-х годах, а также меню, выводимое видеомагнитофонами VHS и плеерами DVD.

Бегущие информационные строки в новостях и всплывающие плашки с фамилиями при интервью — это тоже дополненная реальность в том или ином виде. идея этой технологии не заменить реальный мир поддельным, а интегрировать в него элементы, облегчающие его использование и навигацию. Благодаря широкому распространению персональных компьютеров, веб-камер и GPS-навигаторов в XXI веке разнообразные варианты реализации технологий дополненной реальности получили широкое распространение в рекламной и развлекательной сфере.

Основные направления

Технологии дополненной реальности в том или ином виде сегодня реализуются с помощью широкого круга приложений, и каждое из них решает свои задачи и преследует свои цели на базе различных технологий и платформ. Как базовые можно условно выделить два технологических направления реализации дополненной реальности.

Первое — совмещение изображения, получаемого с камеры, с информацией, генерируемой на основе данных различных сенсоров, взаимодействующих с реальным миром, например, с GPS-навигатором и спектрометром. такой триумвират позволяет рассчитывать координаты объектов, попадающих в объектив камеры, и получать для них дополнительные параметры, например, данные о химическом составе объектов. Скажем, существует сервис Layar, предоставляющий мобильным AR-браузерам информацию об объектах с определенными координатами. Это позволяет отображать на экране смартфона разнообразные подсказки — от названий туристических достопримечательностей до объявлений о продаже недвижимости и рейтингах ресторанов, составленных их посетителями. Подобный сервис уже больше похож на кадры из фантастических фильмов о будущем. второе направление основано на использовании только камеры, то есть полностью полагается на технологии распознавания изображений. Задачи, решаемые подобными системами, несвязаны с получением информации о координатах объекта и прочих его свойствах — они используются в изначально ограниченном пространстве. Например, размещение на товаре специальных штрих-кодов и бар-кодов позволяет получить итоговое изображение этого товара, дополненное, например, информацией о свойствах и параметрах, а также о стоимости товара.

Функция распознавания и выделения неких конструктивных и технических элементов на изображении также относится ко второму направлению. Например, в устройствах автоматизированного таможенного досмотра подсветка объектов при рентгеноскопии, похожих по форме на оружие, или графическое выделение при распознавании особенностей человеческих лиц в кадре (функция, широко применяемая в современных фотокамерах). В кинематографической сфере и в индустрии развлечений используется реконструкция трехмерных координат опорных маркеров в кадре с целью последующего дополнения композиции виртуальными объектами, привязанными к этим координатам. Сегодня не представляет никакого труда найти компьютер с веб-камерой или просто несколько файлов с подходящими изображениями, поэтому реализация систем дополненной реальности второго направления стала практически доступна каждому.

Футбольные и хоккейные болельщики уже наверняка успели познакомиться с дополненной реальностью: рекламные объявления, отображаемые на поверхности ограждения по периметру поля, зачастую являются лишь виртуальной картинкой, накладываемой компьютером в реальном времени. Но это была всего лишь "проба пера". Настоящие компьютерные перлы, великолепные образцы дизайна появились в индустрии сотовых телефонов, которая на сегодняшний день является основной движущей силой развития данной технологии. Новейшие модели смартфонов от ведущих производителей в отрасли, оснащенные GPS-навигацией и камерами, научились с высокой точностью отслеживать географические координаты, а также крайне эффективно кодировать видео. Благодаря интерактивному взаимодействию с онлайн-сервисами дополненной реальности вы постоянно получаете на жК-экране самую полную информацию об объекте, находящемся в данный момент времени в поле зрения камеры вашего смартфона. Уже сегодня для платформ Apple iPhone, Google Android, а также новейших версий Symbian OS и Windows Mobile существуют приложения, реализующие возможности дополненной реальности.

Wikitude

Исторически первым мобильным приложением, реализующим элементы технологии дополненной реальности, явилось Wikitude, которое представляет собой нечто похожее на популярный интернет-сервис "википедия". За все время существования приложения, то есть за период с конца 2008 года, им воспользовались более 100000 человек. Wikitude взаимодействует с пользователем посредством интерфейса, выполненного в стиле Google Maps, в нем реализована возможность сохранять географические координаты объектов, представляющих интерес для пользователя, а впоследствии делать эту информацию доступной всем пользователям сервиса, которые окажутся в той же географической точке. По словам главы отдела широкополосного доступа сотовой компании T-Mobile Ричарда Уормсли, Wikitude работает подобно продвинутому навигатору, который объединяет в себе карту, GPS и путеводитель. Приложение постоянно развивается благодаря растущей с каждым днем армии пользователей-энтузиастов, ежедневно добавляющих в базы данных изображен.

Layar

Постоянно увеличивающееся количество пользователей онлайн-сервисов дополненной реальности лавинообразно увеличивает потоки информации, перекачиваемой в сети интернет. Нидерландская разработка Layar отлично справилась с постоянно растущим интернет-трафиком благодаря особой структуризации, то есть разделению на так называемые слои всех, связанных гиперссылками с определенным объектом данных. Каждый слой, а уже сейчас их около 300, предоставляет доступ к разного вида информации — от советов по съему жилья в Японии до поиска ближайшего "макдоналдса" или станции метро в Париже или в лондоне. Практически безграничные возможности привносит внедрение технологии дополненной реальности в рекламный бизнес. Достаточно привести следующие пару-тройку удачных примеров интеграции AR с печатными Сми. в июле 2009 года подписчики американского журнала Popular Science обнаружили в своих почтовых ящиках необычный номер. Как только обложку журнала подносили к работающей веб-камере (при этом сам ПК должен быть онлайн), так сразу же на мониторе можно было увидеть анимированное 3D-изображение ветряной мельницы, проступающеепрямо с поверхности обложки! а если при этом еще и подуть в микрофон, то лопасти ветряка начинают вертеться быстрее! а вот поднеся к объективу веб-камеры рекламный флаер фильма "Ночь в музее 2", фанаты этого блокбастера смогли увидеть в 3D Бена Стиллера с его знаменитой глуповато-безумной улыбкой — зрелище жестокое, но действовало эффективно. Рекламное ведомство компании Lego применяло схожую технологию — интерактивные упаковки с конструкторами демонстрировали варианты собранных моделей.

Игрушки

Индустрия игр быстро подхватила новшество, создав целую серию интерактивных игр и игрушек с использованием технологии дополненной реальности. игра EyePet от компании Sony дает возможность играющим взаимодействовать с забавными виртуальными зверьками, используя веб-камеру. Фигурки персонажей фильма "аватар" снабжаются специальными метками, позволяющими видеть анимированные летающие и стреляющие 3D-изображения Джейка Салли, "костюма усиленной подвижности" и вертолета "Скорпион". Незаметно технологии дополненной реальности проникли в такие области, как компьютерные игры, туризм, торговля, гаджеты, социальные сети, военное дело и даже сборка корпусной мебели, позволяя сделать процесс более простым и в какой-то степени развлечением (не в двух последних случаях, конечно).

Дальнейшее развитие AR "уперлось в стену" технологических ограничений средств связи — рынок требует новое устройство, построенное на совершенно иных принципах. в идеале оно должно транслировать картинку непосредственно на сетчатку глаза, превращая нас в этакие бионические "всевидящие придатки" интернета.

Глаз Google

И такие устройства уже созданы: в стенах лаборатории прецизионной оптики вашингтонского университета исследователь Бабак Парвиз сконструировал электронные контактные линзы с беспроводным питанием. чтобы этими "контактными мониторами" начали пользоваться рядовые пользователи, понадобилось вмешательство (в положительном смысле слова) некой крупной компании, располагающей почти неограниченными финансовыми и творческими ресурсами. Бабак Парвиз был приглашен в компаниюGoogle, где стал одним из главных разработчиков и руководителей проекта Google Eye (или Google Glass). Имена двух других руководителей — Стив ли, до этого возглавлявший подразделение, которое занимается разработкой геолокационного приложения Google Latitude, и Себастьян тран, участвовавший в создании автономного, полностью роботизированного Google-автомобиля (к слову сказать, предсерийные экспериментальные образцы которого исколесили по американским дорогам уже не одну тысячу миль).

По большому счету гаджет Google Eye можно назвать очками достаточно условно. вся подлежащая отображению компьютерная графика выводится на небольшой полупрозрачный экран, расположенный напротив правого глаза пользователя на небольшом удалении от него. тут же установлена миниатюрная видеокамера, оптическая ось которой совпадает с осью зрения пользователя. таким образом, на чтобы ни упал взгляд пользователя, та же самая картинка с помощью высокоскоростного мобильного соединения будет доставлена для выполнения задач распознавания и идентификации специализированному "облачному" приложению. Задачи распознавания образов требуют высокопроизводительных вычислений, пока недоступных процессорам смартфонов. Бонусом гаджета будет возможность получать и отправлять текстовые сообщения, а сам процесс коммуникации с устройством возлагается на голосовой интерфейс.

Как пояснил Сергей Бринн, президент по технологическим разработкам компании Google, основная идея Google Eye заключается в "освобождении" пользователя — когда, например, для такого простого действия, как просмотр уведомлений, не нужно будет доставать гаджет из кармана. то же самое относится и к более сложным функциям: фото- и видеосъемке, навигации и собственно дополненной реальности, активирующимся в этом гаджете голосом.

Пентагон

Проект "Пентагона" под названием BARS (система имитации боевых условий средствами компьютерной симуляции) — это пример дополненной реальности "в погонах". По сути это милитаризованная версия всем известного шутера "от первого лица" Quake. Группа программистов построила подробную 3D-модель реального американского городка на Среднем Западе. Каждого бойца снабдили полупрозрачным VR-шлемом, карманным компьютером и навигационной GPS-системой (определяющей координаты с точностью до полуметра). Система интерактивного взаимодействия в реальном времени обеспечивает каждого участника учений всей необходимой в данный момент и в данном месте информацией. Например, по запросу бойца перед его глазами проецируется подробная топографическая карта, уже привязанная к координатам, а благодаря алгоритмам прогнозирования расположения врага (использующих данные о его предыдущих перемещениях) всегда доступны подсказки о вероятностном его местоположении. Система BARS уже прошла испытания в реальных боевых условиях в ираке, на ее счету более пяти десятков сохраненных жизней.

Перечислим еще несколько возможных вариантов и сфер применения технологий дополненной реальности.

Сфера образования

Интерактивные учебные пособия. листая страницы учебника, учащийся сможет видеть не только печатные иллюстрации, но и 3D-примеры: модели растений и животных (льва, закусывающего гладиатором на арене Колизея), машин, солнечной системы в динамике, работу органов тела и т.д.

Служба спасения

Пожарные, подъезжающие к объятому пламенем зданию, смогут заранее получить подробный план эвакуации с указанием всех выходов и коммуникаций.

Лечебные учреждения

В ходе сложной операции хирурги не будут отвлекаться на просмотр рентгеновских снимков, 3D-модель органов интерактивно положится на место проведения оперативного вмешательства. AR позволит буквально заглянуть внутрь тела пациента, благодаря чему значительно повысится точность диагностирования.

Предприятия торговли и салоны красоты

Интерактивные зеркала в примерочных снабдят вас исчерпывающей информацией о пропорциях вашего тела и выдадут рекомендации по подбору вещей для гардероба, а такое же "умное" зеркало на рабочем месте стилиста поможет определиться с выбором фасона стрижки и цвета для окрашивания волос. а вот проходя мимо музыкального магазина, вы будете всякий раз видеть список рекомендованных альбомов, который подскажет, что, судя по вашим предыдущим покупкам, вы срочно нуждаетесь в альбоме "лучшие хиты сельских дискотек". менеджер отдела цифровых технологий лондонского агентства BLM Red Дэн чапмэн считает: "мы сможем превратить скучный шопинг в более приятное занятие, направляя покупателей к тем покупкам, которые им действительно нужны".

Вкратце охарактеризуем некоторые реализуемые и уже реализованные AR-проекты.

Semapedia

Коллективный волонтерский проект самой простой системы дополненной реальности. члены проекта размещают на объектах реального мира ярлычки с дополнительной текстовой информацией, а также ссылки на интернет-ресурсы.

ARTag

Основа проекта — программное приложение для анализа картинки, получаемой с видеокамеры, выделения и расшифровки штрих-кодов. На базе полученной информации — вставка в кадр виртуальных 2D/3D-моделей.

ARGet

Развивается с 2006 года. Цель проекта — исследования в области планарной системы маркеров расширенной реальности. в ходе работ создан цельный математический аппарат для построения и последующего анализа лексикографического кода. Костяк группы ученых — специалисты Государственного университета информатики и искусственного интеллекта мОН и НаН Украины. Приятно осознавать, что в области исследований и внедрения AR-технологий Россия занимает одну из лидирующих позиций. вот только некоторые из проектов.

Плавающие и динамические 3d- и 2d-метки в многомерной ЖК-среде

Проект изначально ориентировался на расширение области применения телекоммуникаций:

  • онлайн-лекции;
  • медицинское зондирование внутренних органов и хирургические операции;
  • пользовательские 3D-интерфейсы, в том числе с применением датчиков движения и ориентации;
  • создание и интеграция 3D-анимации в научно-просветительских телепроектах;
  • установка и управление системами освещения в виртуальных и реальных проектах.

NVIDIA

Компании, разрабатывающие приложения дополненной реальности, используют в своей работе все самые продвинутые технологические новинки в области компьютерной графики, и интерактивная AR-студия компании EligoVision не исключение. В частности, для правильного, многоракурсного захвата "живого" изображения, которое послужит подложкой при создании полноценного интерактивного AR-продукта, используются несколько профессиональных видеокамер разного стандарта, откалиброванных по специальной схеме. Как рассказал руководитель проектов компании Константин матвеев, "захват и обработка нескольких видеопотоков в режиме реального времени потребовала мощной аппаратной поддержки. только профессиональная графика Quadro смогла справиться с подобной задачей". Для захвата видео была выбрана карта NVIDIA Quadro SDI Capture — первое в индустрии решение на базе GPU для захвата SD-, HD-, 3G-SDI-видео в режиме реального времени и сохранения его непосредственно в памяти графического процессора. Это решение обеспечиваетодновременный захват видео с четырех одноканальных источников HD-SDI и поддерживает все форматы стандарта SMPTE. Для отображения графики и привязки виртуальной 3D-модели к метке был выбран NVIDIA Quadro 6000, самый мощный ускоритель в линейке профессиональных карт Quadro на архитектуре Fermi.

Для визуализации и графики EligoVision активно использует библиотеки OpenGL. Наличие расширений от NVIDIA позволило специалистам компании без труда запрограммировать захват видеопотоков в память видеокарты Quadro 6000, которая работает в тандеме с картой Quadro SDI Capture. в результате распознавание структур и образов, а также предварительная обработка кадра были перенесены на GPU. Наличие у NVIDIA Quadro SDI Capture четырех входов позволило одновременно подключить два модуля регистрации сигнала. а в будущих инсталляциях позволит дополнить систему еще двумя камерами.

Телевидение

Опыт последних двух-трех десятилетий свидетельствует о том, что весьма неожиданные результаты могут быть получены на стыке различных дисциплин путем "генетического скрещивания" до этого, казалось бы, мало совместимых технологий. можно сказать, что одним из ровесников дополненной реальности является технология гибридного телевидения — HbbTV (Hybrid Broadcast Broadband TV). в среде продвинутых пользователей, так называемых гиков, получает распространение другое название — "Хоббиттв". идея HbbTV состоит в том, чтобы использовать телеканал не только для доставки изображения и звука, но и для транспортировки немедиаконтента — текстовой и графической информации (аналогично сети интернет). в сущности, HbbTV представляет собой следующую "инкарнацию" многим знакомого телетекста. Более того, при наличии обратного канала передачи данных технология HbbTV превращает обычное телевидение в интерактивное. Следующим шагом может стать добавление к HbbTV функционала AR! Представьте себе, что, например, во время просмотра художественного (с меньшей вероятностью) или документального (с большей вероятностью) фильма вы сможете практически сразу получить всю дополнительную информацию о заинтересовавших вас на экране объектах тут же — в плавающем окошке рядом с изображением объекта. еще пример: при съемке очередного сезоналюбимого вами сериала произошла смена актеров (что само по себе не редкость), и интерактивная AR-справка сразу же, по ходу экранного действа, проинформирует вас об этом. естественно, о внедрении связки HbbTV+AR во всевозможные телешоу, телемагазины, даже рекламу и говорить нечего — здесь польза очевидна.

Гиперссылки в реальном мире

Конечная цель всего этого в том, чтобы каждый человек существовал в своей собственной, персонализированной реальности и был окружен индивидуально подобранной информацией. в своей книге The End of Hardware Рольф Хайнич размышляет: "Скоро нас будут повсюду окружать виртуальные предметы и устройства, которые заменят подавляющее большинство современных интерфейсов. Физические органы управления уступят место массовой персонализации и виртуальным пользовательским настройкам". В конечном итоге дополненная реальность — это всего-навсего лишь новый способ представления данных, однако влияние этой технологии на общество может оказаться сравнимым с эффектом от появления интернета.

Глобальная сеть сделала информацию более контекстно-зависимой, то есть определяемой в реальном времени окружающими условиями. в наши дни уже не нужно проводить много времени в библиотеках — поиск информации стал быстрым и удобным, а нужные сведения можно получить практически мгновенно. технология дополненной реальности закрепит и многократно преумножит эти успехи, благодаря чему наши способы обработки информации станут более эффективными. Найденные в Сети данные будут автоматически и оперативно доступны каждому пользователю в повседневной жизни. Следовательно, чтобы найти хорошую и недорогую пиццерию, вам не придется прибегать к помощи поисковых сервисов, ведь перед вашими глазами мгновенно окажется список приличных заведений, отзывы посетителей, а также информация о фирменных блюдах и наличии Wi-Fi.

В книге о дополненной реальности The End of Hardware ее автор Рольф Хайнич называет новую технологию способом создания "гиперссылок в реальном мире" и уверен в том, что она сделает жизнь "конечного пользователя" более удобной.



Источник: 625.625-net.ru