Технология дополненной реальности, AR

Технологии дополненной реальности стирают границы между реальным миром и воображением. Раньше AR/VR можно было видеть только в фильмах с большим бюджетом, сегодня же технологию встречают чаще. AR уже сейчас используется для решения различных задач:

бизнеса,
медицины,
образования и в других сферах.

Дополненная реальность — перспективное развитие для учебы, работы, игр и других взаимодействий с окружающим миром.

Что такое дополненная реальность?

AR — это особая среда. Она дополняет наш физический мир в реальном времени цифровыми данными с помощью различных устройств — смартфонов или планшетов. Например, Google Glass (гарнитура для смартфонов) представляют собой по форме очки, хотя таковыми не являются. В устройстве есть дисплей с камерой, способной записывать видео. Им можно управлять при помощи голосовых команд.
AR отличается от виртуальной реальности — VR и смешанной — MR, хотя и имеет с ними общие черты. Виртуальные объекты проецируются на реальное окружение в AR, в то время как VR — это полностью созданный техническими средствами искусственный мир, который передается через органы чувств. А гибридная (или смешанная) реальность объединяет сразу два этих метода.

История дополненной реальности

У всего есть свое начало. AR вытекает из VR. Отец виртуальной реальности — Мортон Хейлиг. Он известен своими изобретениями, которые были сделаны еще 1950-х. Этот изобретатель запатентовал симулятор Sensorama, называя его «театром погружения». Мортон Хейлиг даже создал специальную 3D-камеру, чтобы снимать фильмы для своего симулятора. Можно условно выделить самые главные события из истории дополненной реальности:

В 1968 году профессор Гарварда Айван Сазерленд вместе со своим студентом Бобом Спрауллом создали особое устройство, которое назвали «Дамоклов Меч». И это была самая первая система дополненной реальности с применением головного дисплея. Однако такие очки были очень тяжелыми, приходилось крепить их к потолку. Интересное название «Дамоклов Меч» было придумано из-за формы — конструкция как бы угрожающе нависала над человеком. В очках имелся дисплей, куда транслировалась картинка с компьютера.

В 90-е особо выделился Том Коделл, который и предложил использовать термин «дополненная реальность, AR». Перед ним стояла задача снизить затраты на диаграммы, использующиеся для разметки заводских зон по созданию Боингов. Было принято решение заменить фанерные знаки с обозначениями на шлемы, отображающие всю нужную информацию для работников. Это дало возможность не переписывать обозначения самостоятельно все время, а изменять их в специальной программе.

НАСА в 99-м использовала AR в приборной панели аппарата Икс-38, где отображались объекты вне зависимости от реальной видимости и плохих погодных условий. В том же году Хироказу Като сделал открытую библиотеку ARToolKit для создания приложений с элементами дополненной реальностью. Система распознавала в реальном времени ориентацию и положение камеры. Это дало возможность состыковать картинку с виртуальной и реальной камеры сразу, а значит можно ровно и аккуратно накладывать слой компьютерной графики на вещи из физического мира.

В дальнейшем приемы дополненной реальности стали развиваться еще активнее. Технологии постоянно прогрессируют.

Как работает дополненная реальность

AR — это отслеживание маркеров и распознавание образов. Последняя функция осуществляется довольно просто — из библиотеки на сервер загружаются фотографии объекта,а также:

его цвет,
структура,
фактура,
параметры и другая информация.

Потом этому набору просто присваивается определенное действие при обнаружении на изображении. А вот с отслеживанием маркеров все сложнее. Ими могут быть как специально напечатанные картинки, так и любые объекты вообще. Можно привести пример. Приложение распознает обложку журнала по простой форме и рисунку. Оно отслеживает положение объекта в пространстве, обращая внимание на смещение относительно фона. В этом случае маркером выступает сама обложка журнала.

Если маркеры дополненной реальности специальные, то тут все легче. Так, мы, например, хотим примерить новые диски на автомобильные колеса. Для этого потребуется наклеить на диски специальные QR-метки. Тогда автоматическая система сразу поймет, в каких местах вставлять картинку новых колес. Или, например, кладем метку на пол. Приложение понимает автоматически, что это пол, и на нем можно воспроизводить объекты. Однако абсолютно везде прикрепить маркеры невозможно, а сделать уникальный маркер дополненной реальности для каждой ситуации и предмета в отдельности сложно.
Однако на помощь может прийти метод Одновременной Локализации и Построения Карты (он же — SLAM). Применяется, как понятно из названия, для воссоздания карты в незнакомом пространстве. При этом технология контролирует текущее местоположение пользователя и пройденный им путь. Особенности SLAM:

SLAM распознает окружение и местоположение камер с помощью процесса разложения картинки на различные геометрические линии и объекты.
Каждой форме присваивается своя точка (или несколько), все они фиксируются в пространственных координатах на кадрах видеопотока. Именно так какое-нибудь строение раскладывается, например, на плоскости стен, грани, окна, двери и другие выступающие, выделяющиеся элементы.
Поскольку алгоритм хорошо справляется с запоминанием, вернувшись к этому зданию из другого, вы увидите точки на тех же местах, где система выстроила их и в прошлый раз.

От очков к телефонам

С самого первого момента, когда исследователи решили работать над AR, было понятно, что успех технологии, эффективность применения и распространение будет во многом зависеть от того, удобно ли будет нашим глазам. Еще в 1984-м в фильме «Терминатор» с Арнольдом Шварценеггером визуализировали концепцию дополненной реальности и компьютерного зрения. Режиссер сильно опередил время, ведь встроить AR сразу в глаз — очень смело, технологию нельзя было представить даже в смелых фантазиях. Однако ученые уже работали над специальными очками и мечтали о специфических линзах. И то все было лишь на стадии концептов.

Время шло, по мере возникновения новых технологий, благодаря удешевлению и работе с тонкими производственными процессами исследователи стали изготавливать очки. Однако оставалось вопросом, как же управлять разрабатываемыми устройствами. Он решился сам собой, когда широкое распространение получили уже хорошо известные нам смартфоны.

Если говорить о самых громких новинках, про которые мы слышали, то стоит отметить:

Google Glass. Принято думать, что они имеют прямое отношение к дополненной реальности, однако это не совсем так. Дело в том, что в этой технологии виртуальная среда с реальной практически не взаимодействовала. Единственное, что можно прировнять к AR-коненту — навигацию, но и та была создана в виде карт для телефона. Поэтому какие-нибудь висящие над дорогой указатели пользователь бы все равно не увидел. Преимущества у очков все же были — довольно легко делать видео и фотографии по команде, они автоматически отправлялись в облако. К тому же именно появление Google Glass показало, что технология AR востребована. Это дало понять другим компаниям, что изобретение устройств дополненной реальности для масс может быть выгодным.
Отметим и вклад Microsoft. В 2016 году эта крупная компания анонсировала очки Hololens, которые называла технологией смешанной реальности. Единственный нюанс — технологию могли оценить исключительно разработчики и журналисты. Продукт оказался настолько сложным, что его дорабатывают до сих пор, пока не говоря о полноценном выпуске устройств для широкой аудитории. Однако в интернете легко найти множество восторженных обзоров. Так, известно, что Hololens не нуждаются в подключении к ПК/смартфону. У очков есть 4 камеры, которые анализируют комнату, совмещают с реальным миром виртуальные объекты. Они дают возможность работать с ОС Windows 10.

Помимо Microsoft разработкой очков и других продуктов дополненной реальности занимаются другие известные компании. Среди них:

Solos,
Sony,
Vuzix,
ODG.

Стоит отдельно рассказать про компанию Magic Leap. Она занимается разработкой продвинутой, усовершенствованной версией очков дополненной реальности, которые, по слухам, гораздо «сильнее» Hololens и Google Glass. Возможно, это действительно так. Ведь известно, что компания Magic Leap равное внимание уделяет и интерфейсам, и железу, и ПО. Она является на данный момент лидером по удобству пользовательских интерфейсов. Хотя также стоит отметить, что компанию больше интересует индустрия развлечений, а не прикладное применение устройств с дополненной реальностью.
Сегодня технологию дополненной реальности легче всего встретить в смартфонах. Что не удивительно.

AR легко внедрить в телефон,
использовать устройство удобно, так как там есть уже подходящая техническая база.
Преимуществом является и распространенность устройств, легкость написания ПО.

Появилось очень много приложений, способных поддерживать контент дополненной реальности. Например, некоторые из них, работая с фото, позволяют накладывать движущиеся маски на лицо пользователя, менять окружающее пространство, добавлять в помещение виртуальных персонажей.
Тут можно выделить одно нашумевшее не так давно приложение — Pokemon Go.

Это игра, выпущенная студией Nyantic. Игра быстро приобрела популярность благодаря встроенным элементам дополненной реальности. Пользователи должны были перемещаться по настоящей карте, приложение отслеживало геотрекинг, и в каких-то точках можно было поймать фантастических зверей — покемонов, которые были видны, конечно, на экране телефона. Во многом популярность игры обусловлена и популярностью самой вселенной, однако если бы не интересный игровой процесс, вряд ли бы приложение скачали более ста миллионов человек. Pokemon Go стала феноменом, собрала вокруг себя восторженные отзывы и скандалы. И кто как бы не относился к данной игре с дополненной реальностью, все же следует признать ее уникальность.

AR появилась и в печатных изданиях. Так, в выпуске Эсквайра 2009-го года можно было отсканировать обложку, и тогда на ней начинал двигаться Роберт Дауни младший. Возможно, в будущем мы увидим что-то еще более интересное.

От развлечений к реальной жизни

Не за горами тот момент, когда в наше физическое пространство выйдут виртуальные:

указатели,
справочная информация,
объявления.

Можно легко представить, как виртуальный экскурсовод проводит специальную экскурсию по каким-нибудь достопримечательностям, а приложения помогают еще лучше ориентироваться в незнакомой обстановке. Некоторые из них уже сейчас работают над функцией, позволяющей найти вторую половинку прямо в толпе, если у нее включен в смартфоне фильтр по статусу «в активном поиске».

Также свое развитие получит и реклама. Именно она больше всего ждет скорейшего внедрения дополненной реальности в повседневную жизнь, ведь это поможет привлечь потенциальную аудиторию. Свежесть и новизна самого формата точно обеспечат вау-эффект, заинтересуют клиентов.