Дополненная реальность –
новая информационная технология
Дополненная реальность - термин, обозначающий системы, в которых окружающая действительность снабжается виртуальными объектами.
Последние становятся доступны в реальности при использовании специальных компьютерных программ. Виртуальные объекты (контенты) - это тексты, ссылки на сайты, фотографии, объемные элементы, звуки, видео и т.п. Они могут быть как пассивными, просто наблюдаемыми людьми, так и интерактивными, то есть взаимодействующими с ними.
К категории дополненной реальности можно отнести и широкое использование в рекламе так называемых QR-кодов (Приложение, рис.1). Эти картинки, которые смотрятся как сочетание черных и белых квадратиков, — своеобразная компьютерная метка: камера мобильного устройства, наведенного на этот код, распознает его и, например, проигрывает из интернета рекламный ролик продукта или демонстрирует его трехмерную виртуальную копию. Рекламодатели говорят, что многие, как ни странно, не ленятся наводить свои смартфоны на QR-коды2, чтобы узнать, что же такое за ними спрятано [2].
Не следует путать виртуальную реальность с дополненной. Их коренное различие в том, что виртуальная конструирует новый искусственный мир, а дополненная реальность лишь вносит отдельные искусственные элементы в восприятие мира реального.
Устройства, способные расширять границы обыденной реальности, уже поступили в магазины, а разработчики и ученые давно занимаются созданием нового поколения техники, дополняющей окружающий мир. В мире дополненной реальности можно держать на ладони здание или гладить виртуального кита-касатку.
В простейшем случае для создания эффекта дополненной реальности нужны четыре основные составляющие: веб-камера, компьютер, маркер и программа.
 Рис. 1. Схема работы дополненной реальности [18]
Пользователь печатает на листе бумаги специальное изображение (маркер) и подносит его к веб-камере. Камера сканирует окружающий мир и находит некий маркер (принт, паттерн3, картинку), который она идентифицирует как метку дополненной реальности. Камера передает эту информацию в систему, после ее обработки специальное программное обеспечение накладывает поверх маркера соответствующий виртуальный объект: текст, фотографию, объемный объект и т.д. [18].
После того, как этот объект «вырастет» поверх метки, он всегда будет за ней следовать, как бы не изменялось положение метки перед камерой.
Отображение актуальной дополнительной информации поверх видео можно наблюдать, в частности, во время трансляции спортивных соревнований. Сегодня поклонники «Формулы 1» видят на экране не только движущиеся по кольцу болиды, но и сведения о гонщике, командной принадлежности, положении относительно автомобилей важнейших соперников, а иногда даже графики, отражающие количество оборотов двигателя.
Самые распространённые примеры дополненной реальности — параллельная лицевой цветная линия, показывающая нахождение ближайшего полевого игрока к воротам при телетрансляции футбольных матчей, стрелки с указанием расстояния от места штрафного удара до ворот, нарисованная траектория шайбы во время хоккея и т. п. (Приложение, рис.2).
Реклама, отображаемая на ограждении вокруг поля, зачастую является лишь виртуальной картинкой, накладываемой компьютером в реальном времени.
«Живая 3D метка»
Дополненная реальность — это совмещение на экране двух независимых пространств: мира реальных объектов и виртуального мира, созданного на компьютере. Существует много разных технологий дополненной реальности. Для их реализации на экранах мобильных телефонов, на больших презентационных экранах, в авиационных шлемах используются специфическое ПО и различные ноу-хау.
Маркерная AR
Эта технология была разработана компанией EligoVision и официально защищена в начале 2010 г.
«Живая 3D метка» на маркерной основе выглядит как картинка внутри специальной графической рамки (Приложение, рис.3).
Рамка метки EligoVision представляет собой тонкий контур из четырех линий и опорных точек на углах квадрата. Точки используются для того, чтобы камера и ПО безошибочно определили углы метки и точно перенесли ее положение и ориентацию из реального пространства в виртуальное.
Технологическое «ноу-хау» заключается в специальном алгоритме, заложенном в технологию распознавания меток.
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 образа рамки метки в формате 2D; следующая задача — определить, что именно изображено внутри нее.
Задача системы — построить виртуальную 3D модель в двухмерной системе координат изображения камеры и привязать ее к метке [13].
Безмаркерная AR
Данную технология разработана компанией EligoVision в середине 2011 г. Это новая интерактивная 3D система на базе технологии дополненной реальности.
«Живой 3D меткой» может стать любое графическое изображение, нанесенное на какую-либо поверхность, например бумагу, пластик или другой материал, не обязательно картинка внутри графической рамки (Приложение, рис.4). В виде маркеров, с которых информация считывается, могут выступать практически любые чёрно-белые либо полноцветные изображения, разные объекты, лицо, руки и даже тело человека. Когда камера находит метку, на экране появляется виртуальный 3D объект с анимацией или видео.
В безмаркерной технологии программное обеспечение EligoVision находит «живую 3D метку» не по квадратной рамке с опорными точками, а по комбинации из нескольких десятков «особых точек» — контрастных пятен на выбранном изображении.
Технологическое «ноу-хау» заключается в специальном алгоритме, заложенном в технологию распознавания любого графического изображения.
Изображение, закодированное в метке, становится объемным: машины начинают ездить по виртуальным дорогам, спутники – двигаться на своих орбитах, шары в лабиринтах — кататься, а герои игр двигаются и приветствуют игроков.
Метки можно вращать, наклонять и перемещать в реальном пространстве в любом направлении, и все 3D модели на экране будут в точности повторять перемещения метки перед камерой.
«Живая 3D метка» может содержать в себе любое наполнение: от достаточно простого предмета, такого как статичная модель машины или здания, до сложной презентации с использованием анимации и связей между виртуальными объектами, такой как, например, управление посадкой самолета или выращивание цветка, с дополнительной текстовой или звуковой информацией [13].
Мобильная AR
Существует множество программных решений для мобильных телефонов, которые позволяют при помощи дополненной реальности получить необходимые сведения об окружении. Это браузеры дополненной реальности4 и специализированные программы для отдельных сервисов, компаний или даже единственных моделей. В случае с браузерами дополненной реальности для телефонов роль маркера выполняют данные, получаемые с GPS-приемника, акселерометра и электронного компаса. ‘WikiTude’, ‘TagWhat’, ‘Junaio’, ‘Sekai Camer’, ‘Layar’ - наиболее выдающиеся "браузеры" дополненной реальности, приложения которые добавляют "пласт" интерактивности к внешнему миру (Приложение, рис.5).
Например, голландский сервис Layar позволяет с помощью смартфонов на базе Android, iOS или OVI получать в реальном времени доступ к информации об окружающем мире через его камеру. Работа браузера дополненной реальности внешне выглядит так: на изображение, транслируемое камерой смартфона накладываются данные о точках интереса, привязанные к текущему местоположению пользователя и даже его ориентации по сторонам света. Информация хранится в базе приложения и разбита на так называемые «слои», которые в свою очередь рассортированы по темам: архитектура, магазины, развлечения и т.д. Всего в базе сервиса имеется более 3000 различных слоёв. При этом используется не только GPS-приемник телефона, но еще и цифровой компас.
Первое мобильное приложение от EligoVision - AR спутник разработано для ОС Android (Приложение, рис.6).
Инсталляция на «живых 3D метках»
Для создания проекта дополненной реальности необходимы:
мультимедийная часть: 3D приложение и комплект меток;
интерактивная и дисплейная системы.
1. Мультимедийная часть представляет собой программное приложение, записанное на диске. Также, помимо базового приложения, создается специальная облегченная web-программа, которую можно разместить в сети Интернет и дать доступ к скачиванию приложения с web-сайта для запуска приложения на любом персональном компьютере.
В мультимедийную часть входит также комплект отпечатанных «живых 3D меток», необходимый для демонстрации и работы приложения на стенде.
2. Интерактивная система для работы с системой дополненной реальности «живые 3D метки» состоит из специальной камеры и графической станции (компьютера). Она подключается к любой дисплейной системе: это могут быть 2D или 3D дисплеи, плазменные панели, экраны, мониторы и видео стены различных размеров и т.д.
Камера, которая отслеживает метки в пространстве, как правило, крепится над дисплейной системой.
Этапы создания приложения на «живых 3D метках»
Этап 1. Определение технического задания и прописывание сценария для каждого 3D приложения. Сценарий для каждой метки в приложении подробно описывается.
Этап 2. Разработка 3D моделей для «живых 3D меток» выбранного приложения, создание анимации, программирование физики, звука, а затем конвертирование готовых моделей с анимацией, физикой и звуком в интерактивную среду EV environment.
Этап 3. Разработка дизайн-макетов для каждой из меток приложения. Также возможно разработать макеты прочих печатных материалов (флаеры, альбомы, календари, открытки, футболки и т.п.), на которых могут располагаться метки.
Этап 4. Связывание готовой модели в среде EV environment с созданными для приложения метками. Итогом работы становится мультимедийное приложение, которое устанавливается на жесткий диск компьютера для инсталляций, и/или облегчается для скачивания с сайта.
|
