Что такое «дополненная реальность» (augmented reality)?

Виртуальные объекты в реальном мире? То, что раньше казалось фантастикой, сегодня становится элементом повседневной жизни: технология дополненной реальности уже доступна пользователям ПК и смартфонов.

Вам любопытно, что это за здание виднеется впереди? Просто достаньте свой смарт­фон и направьте его на инте­ресующую вас постройку. На экране появится текстовое окошко, сообщающее, например, что это — Государственная Третьяковская гале­рея, а также дни и часы ее работы, контактный телефон и стоимость входных билетов. Еще один клик по  дисплею — и вам доступна информа­ция о том, когда и кем она была осно­вана, какие выставки в ней проходят в настоящее время, и много других полезных сведений.

Новейшие смартфоны на базе опе­рационной системы Android, а также iPhone последнего поколения позволяют всегда и всюду легко получать необходимые данные (разумеет­ся, при наличии доступа в Интернет).  Такую возможность обеспечивает технология дополненной реальности (Augmented Reality, AR). В отличие от несуществующего виртуального про­странства, в которое погружаются любители компьютерных игр, AR-технология призвана обогащать обыденный мир дополнительной информацией.

Как это работает: дополненная реальность (augmented reality)

Дополненная реальность (augmented reality) — термин, обозначающий системы, в которых окружающая действительность снаб­жается виртуальными объектами. Последние становятся доступны в реальности при использовании спе­циальных компьютерных программ. Виртуальные объекты — 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.

Устройства, способные расширять границы обыденной реальности, уже поступили в магазины, а разработчи­ки и ученые давно занимаются созданием нового поколения техники, дополняющей окружающий мир.

Как работает дополненная реальность В простейшем случае для создания эф­фекта дополненной реальности нужны че­тыре основные составляющие: веб-камера, компьютер, маркер и программа. Пользователь печатает на листе бумаги специаль­ное изображение (маркер) и подносит его к веб-камере. На компьютере должно быть запущено приложение, которое распознает маркер на получаемой с камеры картинки и отобразит на его месте какой-либо эле­мент — текст, фотографию, объемный объект и т. д. В случае с браузерами до­полненной реальности для телефонов роль маркера выполняют данные, получа­емые с GPS-приемника, акселерометра и электронного компаса.

 

Мобильные телефоны: «Википедия» на экране

Одно из возможных применений дополненной реальности — анализ обстановки, окружающей пользова­теля, и предоставление ему нужной информации. Программы, обеспечи­вающие работоспособность такого рода приложений в мобильных устройствах, наряду с прочим опираются на возможности банков данных и биржевых порталов Интернета.

Например, программа Wikitude World Browser (www.wikitude.org) для iPhone 3G/3GS и некоторых смартфонов на базе Android и Symbian 3/5 задей­ствует огромный объем данных из «Википедии» и Qype. Принцип ее работы чрезвычайно прост: пользова­тель наводит камеру своего мобиль­ного телефона на какой-либо объект, а Wikitude ищет информацию о нем в Интернете. Как только программа находит что-либо подходящее, на дисплее рядом с живой картинкой появляется текст с описанием. Если пользователь перемещает камеру на другой объект, данные обновляются в режиме реального времени.

Для вычисления координат место­нахождения пользователя программ­ное обеспечение смартфона считывает показатели GPS-приемника, для вычисления угла наблюдения используется акселерометр, а для определения направления взгляда — компас. Геоданные сравнива­ются с содержимым соответствую­щих интернет-служб и сводятся воедино на экране смартфона.

Браузер Layar: дополненная реальность на экране смартфона Аналогичными возможностями обладает браузер Layar, который можно установить на некоторые модели телефонов под управлением Android, а также iPhone 3G/3GS. Информация в нем сгруппирована по так называемым слоям (layer), которые можно сравнить с аналогичными элементами при работе в графиче­ском редакторе. Любой желающий может создать на сайте браузера (www.layar.com) свой собственный слой. Предположим, вы хотите выбрать место, чтобы перекусить. Включите соответствующий слой и захватите камерой телефона вид оживленной улицы — на экране тут же начнет появляться информация о располо­женных на ней ресторанах.

 

Компьютерные игры: объединение двух миров

Немного проще обстоят дела в инду­стрии компьютерных игр: в отличие от вариантов с привязкой к опреде­ленной точке на местности в игре требуется лишь знать относительное местоположение — расстояние от пользователя до камеры. Кроме того, разработчики могут создавать про­граммы для сугубо специфических аппаратных средств и располагают большими возможностями, посколь­ку компьютеры и игровые приставки обладают гораздо более высокой производительностью по сравнению со смартфонами.

EyePet. Играйте с виртуальными питомцами в реальном мире В игре под названием EyePet, соз­данной London Studio для Sony PlayStation 3, пользователь может взаимодействовать с виртуальным домашним питомцем. Видеокамера записывает все движения вашей руки, которые интерпретируются про­граммным обеспечением как со-ответствующие команды: погладить или подтолкнуть зверька, поиграть с ним в мяч и т. п. Также виртуаль­ный питомец реагирует на различ­ные предметы из реального мира. Например, если покатить в его сто­рону мяч, то он отпрыгнет от него.

Связующим звеном между двумя реальностями является так называе­мая координатная метка (Fiduciary Marker) — лист бумаги с нанесенным на него рисунком. С ее помощью игрок может управлять различными объектами в виртуальном мире — например, передвигать батут или обогреватель. В качестве интерфейса взаимодействия ПО и маркера используется веб-камера, передающая программе данные о местоположе­нии, угле обзора, а также удалении и идентификаторе маркера.

Эксперименты Microsoft с дополненной реальностью: записки (sticky notes) могут «парить в воздухе» в виртуальной среде рядом с компьютером Подобным образом реализуется обратная связь в интерактивных книгах, анимированных инструкциях, рекламных роликах и компьютерных играх. Программное обеспечение для работы дополненной реальности можно создавать, пользуясь наряду с прочими и бесплатной библиотекой ARToolKit.

Недостатком подобной системы является отсутствие надлежащей гибкости: без камеры и монитора она не будет работать. Таким образом, ее практическое использование весьма ограничено. А вот сложные про­граммы AR продвигаются в направ­лении полезного применения, пусть пока и довольно медленно. Наряду с существующей технологией дополненного видео сегодня ученые активно работают над интеллекту­альными методиками интеграции виртуальных миров в существую­щую реальность.

Новое поколение: очки с доступом в Интернет

Vizux Wrap 920AR Очки с двумя встроенными камерами и 1/3-дюймовыми ЖК-дисплеями могут использоваться для создания дополненной реальности Сегодня в центре внимания разработ­чиков находятся системы, которые при использовании не заметны постороннему глазу. К их числу можно отнести, например, закрепляемый на голове дисплей (Head Mounted Display, HMD) и прозрачные экраны (See-Through Display), выполненные в виде очков и стекол, которые внеш­не не отличаются от обычных.

Первые прототипы изготавливаются сейчас во Фраунгоферском институте. Очки для проекта iStar (Interactive See-Through Augmented Reality Display — интерактивный прозрачный дисплей дополненной реальности, www.istar-project.org) состоят из OLED-дисплея с CMOS-сенсорами, которые следят за движениями глаз и позволяют настраивать изображение в зависимости от направления взгляда.

Fashionista. Технология дополненной реальности позволяет примерять одежду из магазинов не выходя из дома Разработчики не только занимают­ся совершенствованием устройств с прозрачными дисплеями и дополнен­ным видео, но и выявляют возмож­ности их применения в повседневной жизни. Так, например, системы AR могли бы заменить классиче­ские руководства по эксплуатации. В новых инструкциях все шаги сопровождались бы анимацией, прое­цирующейся на дисплей в зависимо­сти от того, на что направлен взгляд пользователя. Кроме того, техноло­гия Augmented Reality могла бы найти применение на лобовых стеклах автомобилей для демонстрации дан­ных о режиме езды, примерке одежды, отображения информации о товарах в магазине и составе блюд в ресторане, а также в архитектурном проектировании для расширенной демонстрации 3D-моделей.

Система SixthSense позволит дополнить газеты и журналы интерактивными видеовставками, управлять воспроизведением которых можно при помощи жестов Особого внимания заслуживает система SixthSense, созданная Пранавом Мистри. В нее входят камера, кар­манный проектор, зеркало, мини-компьютер и цветные ленты для пальцев, которые выступают в роли маркеров. Их перемещение в про­странстве фиксируется, а выводимое проектором изображение меняется соответствующим образом. Для демонстрации возможностей данной системы разработано несколько при­ложений, одним из которых являет­ся виртуальная карта. Ее изображе­ние проецируется на стену или пол, а пользователь осуществляет нави­гацию по ней при помощи Multitouch-команд. Также можно специальным жестом отдать камере распоряжение сфотографировать объект, на кото­рый вы смотрите. Приблизительная стоимость всех компонентов, входя­щих в состав SixthSense, составляет всего около 2500–4000 гривен (10-16 тыс. рублей), но пока систему нельзя найти в свобод­ной продаже, поскольку она все еще находится в стадии разработки.

Аттракцион во француз­ском парке Futuroscope, использующий технологию дополненной реальности Потенциал рынка AR (augmented reality) (самих про­грамм и устройств ввода) огромен. Как и жизнь человека, любое явление имеет три стадии развития: появление, расцвет и закат. Сейчас технология Augmented Reality находится на первом этапе. За рубежом допол­ненная реальность используется уже десять лет, но пока не полу­чила такого массового распростра­нения, как, например, Интернет. Европа, Америка, Япония и неко­торые другие страны стоят на пороге второго этапа развития, а рынки стран СНГ пока еще в самом начале пути. Однако интерес к новым разработкам в этой области имеется, есть и специалисты, которые готовы создавать програм­мы, и много креативных идей. А это самое главное.

О каком бы проекте ни шла речь, цель у новой технологии всегда одна и та же: обогатить видимый мир информацией, которая бы незамет­но и непрерывно дополняла нашу реальную жизнь.