1 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1.1 ТЕХНОЛОГИЯ ДОПОЛНЕННОЙ РЕАЛЬНОСТИ: ПОНЯТИЕ И ОСНОВНЫЕ СФЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ
Начнем с того, а что такое дополненная реальность? Дополненная реальность это – введение в поле зрения человека любых сенсорных данных с целью дополнения сведений об окружающей среде. Существует ряд способов создания этой технологии. Главная проблема заключается в том, чтобы привязать виртуальные данные к нашей реальности.
Использование географических данных координат дает возможность такой локализации. Так как дополненная реальность базируется на данных GPS, а в вашем смартфоне встроен компас, программное обеспечение AR может с легкостью определить ваше местоположение.
Где же может использоваться технология дополненной реальности?
Можно привести примеры опыта успешного использования дополненной реальности в мире:
? Социальные сети так же очень активно используют технологию дополненной реальности. С помощью захвата лица AR позволяет производить наложение любых цифровых данных. Это позволяет человеку более красочнее передать свои эмоции, чувства.
? Медицина использует технологию дополненной реальности в стоматологии. Врач – ортодонт может наглядно показать пациенту как будут выглядеть его зубы после снятия брекет – системы. Это наглядно покажет клиенту какой результат его ожидает после проделанной работы врача.
? Военная техника успешно использует данную технологию. В современных боевых системах самолета часто используется индикация на лобовом стекле или на шлеме пилота. Она позволяет пилоту получать важную информацию в полете, оценить наблюдаемую им обстановку, не отвлекаясь на приборную панель. Эта технология может послужить в помощи посадки боевого самолета в крайне неблагоприятных условиях для пилота.
? Игровая индустрия стоит на первом месте по использованию данной технологии. В современном мире игры дополненной реальности очень популярны среди молодых людей, что подталкивает разработчиков создавать новые масштабные проекты. Так знаменитая многопользовательская игра “Pokemon Go” получила широчайшее распространение по всему миру. Люди по всему миру интерактивно искали “покемонов” в виртуально дополненном мире.
? Дополненная реальность активно используется в печатной продукции. В газеты, журналы, буклеты помещаются изображения, служащие метками для последующей визуализации информации. Так вы можете случайно найти в журнале понравившуюся вам вещь и найти сколько она стоит, и где ее приобрести.
Таким образом, технология «Дополненная реальность» на сегодняшний день применяется во многих областях человеческой деятельности: военном деле, киноиндустрии, рекламе, туризме, развлечении. Именно за счет активного развития мобильных и портативных устройств, круг применимости этой технологии будет расширяться с каждым днём.?
1.2 ИСТОРИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ И РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ ДОПОЛНЕННОЙ РЕАЛЬНОСТИ
Технология дополненной реальности получила свою популярность лишь 9-8 лет назад, но рождение этой технологии можно считать 60-тью годами прошлого века, тогда эта технология развивалась только как часть технологий виртуальной реальности и использовалась только в сфере компьютерных технологий. Однако за 50 лет эта технология усовершенствовалась, что позволило ей выделиться в отдельную область, а также разделиться на различные сферы применения благодаря своим практическим свойствам. Чтобы понять, что представляет из себя технология дополненной реальности, необходимо рассмотреть это технологию со всех сторон, включая причины ее появления, историю развития, характеристики и требования для работы, сферы применения, плюсы и минусы использования AR в различных отраслях. Кроме того, немаловажно рассмотреть в работе тенденции развития технологии и прогнозы роста рынка мобильных технологий и AR.
Виртуальная и дополненная реальности испытывают сильное взаимопроникновение на информационно-развлекательном рынке и в сфере обучения и передачи информации. Главной причиной такого проникновения можно считать широкий спектр прикладных областей, в которых эти технологии могут применяться. В начале 1960-х годов начали патентоваться машины для разработки технологий виртуальной реальности. Виртуальная реальность - это трехмерный интерактивный мир, созданный компьютером. Термин «дополненная реальность» был введен для обозначения трансформации и изменения виртуальной реальности. Это технологии, которые помогают увеличить и разнообразить функции объекта путем наложения реальных или искусственных изображений на него.
Сейчас технологии дополненной реальности находятся на стадии становления и начального развития. На сегодняшний день они применяются, например, для интегрирования в очки или контактные линзы, что помогает создать особый интерактивный мир, с которым пользователь может взаимодействовать. Многие разработки в этой области широко применяются или могут быть применены в недалеком будущем в здравоохранении, вооруженных силах, промышленности, маркетинге, обучении и так далее. Уже сегодня можно наблюдать рост использования технологий виртуальной и дополненной реальности в медицине. И это сказывается на развитии медицинского рынка в целом. Рост рынка, в свою очередь, приводит к росту компаний, занимающихся технологиями дополненной реальности, что обеспечивает возникновение здоровой конкуренции, более стремительное развитие этой технологии, увеличение качества и количества используемых технических средств, технологий и инструментариев.
Началом развития виртуальной реальности можно считать изобретение машины под названием Sensorma Мортоном Хейлингом в 1956 году и изобретение специальных шлемов, названных в честь Ивана Сазерленда в 1965 году. В 70-х годах был создан алгоритм работы с 3D графикой, но отсутствовала техническая возможность для работы с этой технологией в реальном времени.
Однако благодаря таким разработкам фотореалистичные машинно- генерируемые изображения стали областью отдельных исследований. В 70х- 80х годах технологии виртуальной и дополненной реальности активно изучались и дополнялись в лабораториях NASA, Массачусетском технологическом институте и Институте Северной Каролины. В начале 90-х данными технологиями серьезно заинтересовались в компании Boeing: в их исследовательских центрах стали разрабатывать новые приложения для тренировки своих пилотов и работников. В 1993 г. на базе Калифорнийского Университета были созданы новые навигационные системы, использующие технологии дополненной реальности. В середине 90х гг. виртуальная и дополненная реальность начинает использоваться для выполнения повседневных задач. Например, к 1997г. при Колумбийском Университете была разработана Touring Machine - динамичная система, позволяющая посетителям университета с помощью дополненных объектов получать информацию о кампусе учебного заведения. В дальнейшем, с помощью этой системы стали афишироваться различные рестораны на территории кампуса университета.
Широкое применение технологий дополненной реальности во многом было связано с уменьшением размеров гаджетов, позволяющих с ними работать. Данная направленность наблюдается с середины 70-х годов. Например, в 1979 году кардинально меняется способ повседневного прослушивания аудиозаписей –– появляется портативный плеер SonyWalkman с мобильными дисплеями. Это устройство стало одним из трех самых продаваемых продуктов начала 80-х годов, наряду с роликовыми коньками и цифровыми часами. Таким образом, наблюдается начало широкого применения технологий дополненной реальности в повседневной жизни для выполнения простых повседневных задач.
Начало 90-х годов можно обозначить как период миниатюризации компьютеров. Следовательно, технологии виртуальной и дополненной реальности начинают применяться еще шире. Появляется новое направление
разработка переносной электроники и мобильных компьютерных систем. В качестве примера можно привести коммерчески успешные устройства типа AppleNewtonMessagePad (1993 год) или PalmPilot (1997 год), созданные для упрощения выполнения повседневных задач (создание и контроль распорядка дня, дистанционное общение, обмен данными и так далее).
Следует выделить интересный факт: технологии дополненной реальности стали важными элементами фантастической литературы того времени, что позволяло в той или иной степени знакомить с этими разработками простых читателей, вызывать в них живой интерес и побуждать изучать данную тематику ещё сильнее. Именно к этому времени относится период популяризации течения "киберпанк", фантастических фильмов (например, серия "Терминатор"), в которых активно использовалась тематика виртуальной и дополненной реальности.
Термин «дополненная реальность» был введен Томом Коделлом в 1992 году. В течение 90-х годов обычный потребитель не знал о такой технологи. Так было до представления широкому кругу пользователей ARTtoolkit (компьютерная система для создания дополненной реальности в режиме реального времени с использованием реальных объектов) Хироказу Като, что в корне изменило точку зрения пользователей по этому вопросу. В 2000 году появилась первая видеоигра с использованием технологий дополненной реальности, а к 2008 году широкое применение смартфонов среди обычных пользователей сделало возможным широкое распространение данных технологий. Сегодня технологии дополненной реальности применяются для их внедрения в смартфоны, специальные очки, все то что имеет камеру. С учетом этого можно предположить, что ожидается увеличение использования технологий дополненной и виртуальной реальности и в других направлениях и отраслях.
Так в чем суть технологии дополненной реальности? Новые технологии развиваются для того, чтобы вносить существенный вклад в другие развивающиеся сегменты и отрасли, такие как социальные сети, игры, вооруженные силы, здравоохранение, маркетинг и т.д. Технология виртуальной реальности существовала на протяжении десятилетий, а технологий дополненной реальности появилась как разновидность виртуальной реальности. Технологии дополненной реальности могут накладываться на вычислительные и производственные данные и процессы и менять представление реального мира, что дает конечному пользователю абсолютно новый взгляд на окружающею его реальность. Дополненная реальность, внедряясь в другие отрасли техники, изменяет их, начинает их опережать в развитии. Возникает ситуация, когда технологии, используемые человеком на протяжении длительного времени, становятся в «роли догоняющих» современных технологий.
?
1.3 ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И КЛАССИФИКАЦИИ ТЕХНОЛОГИИ ДОПОЛНЕННОЙ РЕАЛЬНОСТИ
В прикладном плане основной задачей дополненной реальности является не отделение конечного пользователя от реального мира и погружение в некое виртуальное окружение, а создание среды для интерактивного взаимодействия с интересующими объектами. В этой связи одним из главных преимуществ технологий дополненной реальности является то, что посредством компьютерной базы можно производить взаимодействие с неким физическим образом в режиме реального времени. Эти технологии способны сделать восприятие информации человеком намного проще и нагляднее. Требуемые запросы будут автоматически доставляться пользователю. С помощью этих технологий реальные объекты приобретают новые качества и открываются с другой стороны для пользователя.
В узком смысле дополненную реальность понимают, как процесс объединения объектов из реального мира с объектами из виртуального, сгенерированных компьютером. В нашем веке появляется бесчисленное количество впечатляющих гаджетов, устройств и приложений, которые заставляют подумать, будут ли предметы, вещи и явления, которые мы знаем в их настоящем виде, всегда выглядеть так?
Исследователь Рональд Азума выделил три признака, которыми должна обладать расширенная реальность. В первую очередь это слияние реального и виртуального мира. Так же, важна интерактивность и трехмерное представление объектов. Существуют некоторые основные характеристики и требования, необходимые для нормального функционирования AR технологий. Прежде всего, в том или ином виде необходимо наличие вычислительной платформы, способной создать условия для взаимодействия с физическим объектом. Другим немаловажным элементом систем дополненной реальности является дисплей для отображения объектов дополненной реальности. Если раньше роль таких элементов выполняли привычные для восприятия мониторы, то сегодня их роль выполняют смартфоны с куда меньшим размером дисплея, чем стационарные мониторы.
Следующим важным условием функционирования технологий дополненной реальности является возможность интерактивного ввода, изменения существующих виртуальных условий, возможность интерпретации изучаемого объекта в ином виде, в котором это требуется. При этом система должна быть понятной для того, чтобы ею могли пользоваться не только профессионалы, но и простые люди любых возрастов.
В современных условиях можно отметить еще одно важное требование для эффективной работы дополненной реальности - возможность хранения и обмена данными. Чтобы система или конкретная технология могла проектировать объект - она должна получать информацию об этом объекте из какого-либо источника. Сегодня вместо ручного ввода условий и параметров используется Интернет, позволяющий быстро получать огромное колличество информации по нужному объекту и выполнять интерактивный обмен с конечным пользователем. С развитием широкого доступа к интернету появилась возможность использовать технологии виртуальной и дополненной реальности для создания искусственного интеллекта для выполнения сложных задач. Но пока что такие системы предназначены для изучения узкому кругу профессионалов, они находятся на стадии прототипов, но в перспективе могут быть широко применены.
На сегодняшний день большинство исследований в области дополненной реальности сконцентрировано на использовании живого или интерактивного видео, подвергнутого цифровой обработке, «дополненного» компьютерной графикой. Более серьёзные исследования включают отслеживание движения реальных объектов, распознавание координатных меток при помощи машинного зрения и конструирование управляемого окружения. Также существует, такое понятие, как виртуальная реальность, но следует понимать, что это абсолютно другое направление. Дополненная реальность вносит корректировки в восприятие действительности. В то время как виртуальная реальность, это полностью обособленный созданный мир.
Система дополненной реальности является посредником между реальностью и человеком, а значит, на выходе она должна создавать сигнал для одного из таких органов. По типу представления информации можно выделить следующие системы:
Во-первых, визуальные системы, в основе которых лежит зрительное восприятие информации. Такие системы создают изображение, которое используется человеком для достижения его целей.
Во-вторых, существуют аудиосистемы, ориентированные на слуховое восприятие. Эти системы могут использоваться в качестве навигаторов. Когда человек достигает конкретного места, заданного программой, они выдают различные звуки. Возможно использование стереоскопического эффекта, который ориентирует человека в пространстве и помогает достичь заданного объекта.
В-третьих - аудиовизуальные системы представляют собой комбинацию двух предыдущих типов, однако аудиоинформация в них носит вспомогательный характер, дополняющий визуальные функции.
Системам дополненной реальности должен быть открыт доступ к получению информации окружающей среды, так как виртуальные объекты как раз строятся на основе этих данных. Каждая из таких систем несёт определенный набор устройств, с помощью сенсоров, позволяющих воспринимать различные сигналы окружающей среды: звуковые и электромагнитные импульсы, перемещение в пространстве, ускорение и т.п. Сенсоры разделяются по их назначению, так как сходные по своей природе сигналы могут нести различную информацию.
Кроме вышеуказанных систем, можно выделить системы по типу следующих сенсоров: Геопозиционные системы, которые ориентируются на сигналы систем позиционирования GPS или ГЛОНАСС. Эти системы оборудованы компасом и акселерометром для определения угла поворота относительно вертикали и азимута.
Следующий вид систем - оптические, работающие с изображением, которое гаджет получает на одну или несколько камер. Камеры могут перемещаться вместе с системой либо вне зависимости от нее.
Кроме перечисленного, системы различаются по степени взаимодействия с пользователем. В ряде основных систем пользователь играет пассивную роль, когда выступает наблюдателем за реакцией системы на изменение окружающей среды; а также выделяются системы, которые требуют вмешательства пользователя – он как управляет работой самой системы с целью достижения результатов, так и изменяет виртуальные объекты. По данному критерию выделяются следующие системы:
Прежде всего, это автономные, не требующие вмешательства пользователя в своей работе. Эти системы предоставляют информацию об объектах: они проводят анализ над объектами, которые находятся в поле зрения человека и выдают справочную информацию, пользователь рассматривает деталь от системного блока компьютера и с помощью приложения дополненной реальности получает дополнительные данные о её названии, о её предназначении, и т.п. Системы не предполагают взаимодействие с пользователем и служат только для предоставления ему сопроводительных данных об объекте.
И наконец, интерактивные системы, основывающиеся на взаимодействии с пользователем. На различные действия пользователя такие системы дают различный ответ. Подобные системы нуждаются в устройстве ввода информации. В качестве такого устройства выступает некий экран сенсорного мобильного устройства, планшет или специальный манипулятор. От специфики системы зависит выбор системы устройства. Если пользователю нужно совершить некие действия с виртуальным объектом, то достаточно указывающего устройства. В случае имитации реальных процессов и выполнения сложных действий с объектами, используются специальные манипуляторы, которые имеют некие дополнительные функции. Эта интерактивность выражается в разной степени свободы действия.
Существуют также системы, которые позволяют пользователю модифицировать виртуальную среду. Это так называемые системы- симуляторы реального действия: используются в ситуации, когда пользоваться реальными объектами нет возможности. Например, существуют виртуальные «салоны красоты», в которых пользователь взаимодействует с интерфейсом, чтобы выбирать прическу, макияж из имеющегося набора и путем наложения слоев получать собственные изображения в различных образах.
Различают и другие системы: в них пользователю не требуется изменять виртуальную среду. Он сам выбирает виртуальные объекты, которые хочет видеть. Пользователь также может целенаправленно воздействовать на виртуальные объекты, но не на уровне структуры, а на уровне отображения. Пользователь, таким образом, может делать, аффинные преобразования типа поворота, перемещения. К таким группам относятся различные архитектурные системы, которые позволяют увидеть, как впишется в существующую обстановку новый объект.
Можно выделить системы дополнительной реальности по степени мобильности. С одной стороны, это стационарные системы, предназначенные для работы в фиксированном месте; перемещение таких систем ведет к частичной или полной приостановке их функционирования. С другой стороны, мобильные, которые могут быть без труда перемещены и зачастую их перемещение и лежит в основе, выполняемой ими функции.
Таким образом, выше были представлены различные основания для классификации различных типов систем дополненной реальности. Принадлежность к тому или иному типу определяется, прежде всего, функциями системы, которые наполняют объекты некими визуально новыми свойствами, создают возможность более подробного информативного ознакомления с объектом.
?
1.4 ТЕНДЕНЦИИ И ПРОГНОЗ РОСТА И РАЗВИТИЯ РЫНКА ДОПОЛНЕННОЙ РЕАЛЬНОСТИ
Технологии дополненной реальности в современных условиях не являются чем-либо фантастическим. Но по-настоящему бурное развитие по прогнозам будет связано с появлением большого количества технологически развитых handsfree устройств. Это позволит выполнять широкий спектр прикладных задач в различных сферах человеческой деятельности: навигация, сложные медицинские операции, сложная картография, нестандартные военные маневры. Одним из главных условий бурного развития handfree устройств является технологическое развитие цифровой отрасли в целом. Однако считается, что до пика развития современной электроники еще далеко. Продукты, основанные на дополненной реальности, позволят выполнять многие стандартные задачи необычным способом, вызывать у конечного потребителя и пользователя дополнительный интерес, вовлекать его в процесс.
Еще 7 лет назад о существовании дополненной реальности знали только специалисты, а все попытки практического использования можно было пересчитать по пальцам. Однако уже в 2009 году дополненной реальностью занимались десятки компаний, а в специализированной прессе всерьёз обсуждался вопрос о том, как скоро эта технология перестанет будоражить воображение, а станет чем-то привычным и повседневным, как для всех стал мобильный телефон. Всего лишь за год количество приложений для iPhone, основанных на использовании дополненной реальности в той или иной форме, выросло с нуля до двух сотен. «Уже в конце 2009 года в игру вступил сам Google с визуальным поисковиком Google Goggles, а Nokia наконец доделала давно обещанное приложение Point&Find, предназначенное для распознавания штрих-кодов и кинопостеров. А в декабре 2012 года по запросу «augmented reality» в AppStore можно найти уже почти 2000 приложений», - пишут всвоем исследовании специалисты Высшей школы маркетинга и развития бизнеса НИУ ВШЭ.
Носимая электроника, которая так же может быть названа носимыми компьютерными системами–новая развивающаяся отрасль компьютерных технологий, в которых активно применяются технологии виртуальной и дополненной реальности. Работа носимой электроники во многом связана с работой смартфонов и других гаджетов. Поэтому постоянный технологический рост смартфонов ведет к росту и носимой электроники. Технологические гиганты активно занимаются разработкой данного вида электроники. Следует отметить, что сегодня область носимой электроники представлена несколькими типами продуктов:
• "Умные очки" и другие схожие по применению типы устройств, включая схожие системы виртуального дополнения реальности.
• Спорт и фитнесс-трекеры, позволяющие в реальном времени отслеживать физическую нагрузку.
• Одежда с элементами электроники, передающая на смартфоны данные о текущем состоянии организма.
• Устройства в форм-факторе часов. В сочетании со смартфонами позволяют дистанционно управлять различными действиями, получать справочную информацию в удобном виде.
В перспективе следует ожидать еще более тесную интеграцию портативной электроники в носимый формат. Новое исследование журнала Markets And Markets «Wearable Electronics & Technology Market (Sensors, Battery, Display, Networking)» прогнозирует рост отрасли до $814 миллиардов. По данным исследовательского центра, сегодня объем сферы носимой электроники оценивается в $2 миллиарда, однако к 2018г эта цифра может достигнуть $14 миллиардов. Носимая электроника сейчас находится в большей степени на стадии развития. Сейчас доля носимой экосистемы в системе современных информационных технологий составляет примерно 18%, однако с учетом современных реалий, эта цифра будет быстро расти.
Основными потребителями носимой электроники сегодня являются Северная Америка, Европа, некоторые регионы Азии. Масштабную интеграцию такой электроники следует ожидать после уменьшения себестоимости производимой продукции. С учетом нынешнего развития технологий, это может произойти уже к 2017-2018г. Можно выделить несколько ключевых игроков, активно развивающих и использующих носимую электронику: Samsung, Sony, Apple, Adidas, Fibretronic, Google, Vuzix, Recon, Olympus.
«Что касается прогнозов, то по оценкам аналитиков исследовательской компании Juniper Research к 2014 году мировой рынок приложений и сервисов дополненной реальности для мобильных устройств достигнет объема в 732 млн. долларов. Исследовательская компания ARCChart прогнозирует, что ожидаемый уровень мировых доходов от мобильных приложений, использующих дополненную реальность, к 2015 году превысит 2,2 млрд. долларов. А аналитики ABI Research прогнозируют, что в 2016 году совокупный рынок достигнет уровня в 3 млрд. долларов. Компания Marketsand Markets дает еще более оптимистичную оценку. По мнению ее специалистов, рынок технологии дополненной реальности в 2016 году превысит 5,15 млрд. долларов.
Специалисты компании Juniper Research считают, что всего через год – к 2014 году – более 400 млн. пользователей мобильных устройств будут использовать приложения с Augmented Reality по крайней мере один раз в неделю. А к 2016 году более половины всех сервисных компаний (наиболее приближенных к цифровой среде) будут применять в том или ином виде технологию дополненной реальности».
