AR-технология - Студенческий научный форум

XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

AR-технология

Пуляев В.П. 1
1ДГТУ г.Волгодонск
 Комментарии
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

На данный момент человечество практически повсеместно пользуется AR-технологиями, но далеко не все знают, что это такое и чем она отличается от VR-технологии, в этой статье я объясню, что из себя представляет данное усовершенствование из себя представляет.

AR (augmented reality) переводится как дополненная реальность. Дополненная реальность – это среда, в реальном времени дополняющая физический мир, каким мы его видим, цифровыми данными с помощью каких-либо устройств — планшетов, смартфонов или других, и программной части.

Дополненную действительность (augmented reality, AR) надо отличать от виртуальной (virtual reality, VR) и смешанной (mixed reality, MR).В дополненной действительности виртуальные объекты проецируются на реальное окружение, что отличается от других сред.

Для работы с технологией дополненной действительности непременно нужны следующие компоненты:

1. Графическая станция. Это может быть мобильный телефон, ноутбук, персональный компьютер, графическая рабочая станция с квалифицированной видеокартой. Одним словом, компьютер.
2. Дисплей. Экран телефона, телевизор, монитор, моно или стерео дисплей, проекционный экран.
3. Камера. Благодаря камере мы получаем «слепок» действительного мира, на который намеренное ПО накладывает виртуальные объекты.

4. Метки, или показатели.
5. Программное обеспечение. Математические алгоритмы, позволяющие камере увидеть и распознать метку (маркер) в окружающем пространстве, а далее определить, какая именно модель программно «привязана» к метке. И, наконец, «положить» эту модель на метку в итоге, дабы виртуальный 2D или 3D объект воспроизводил любое движение реальной метки.

Виртуальная действительность — это мир который создан техническими средствами, передаваемый человеку через органы чувств. Смешанная действительность объединяет оба подхода. То есть имеется, виртуальная действительность, которая создает свой мир, куда может погрузиться человек, а дополненная дополняет виртуальные элементы в мир реальный. Выходит, что ВиАр взаимодействует лишь с пользователями, а ЭйАр — со всем окружающим миром.

Дополненная действительность — это действительность, воспринимаемая пользователем, формируемая с помощью компьютера с использованием «дополненных» элементов воспринимаемой действительности, когда истинные объекты монтируются в поле восприятия. 

Предположительно, понятие «дополненная действительность» был предложен исследователем организации Boeing Томом Коделом в 1990 году. Том Кодел употреблял термин, описывая электронные дисплеи, использовавшиеся при постройке самолётов. Сборщики носили с собой портативные компьютеры, могли видеть чертежи и инструкции с помощью шлемов, которые имеют полупрозрачные дисплейные панели.

Имеется немного определений дополненной действительности: исследователь Рональд Азума в 1997 году определил её как систему, которая:
1. совмещает виртуальное и реальное;
2. взаимодействует в действительном времени;
3. работает в 3D.

В различие от дополненной реальности, виртуальная действительность (VR) — это полное погружение в который создан компьютером мир.

Для восприятия  данной  реальности  необходим  особый  шлем или очки. Некоторые  предметы и технологии сначала создавались для военных нужд: например, городской рюкзак или интернет. Не стали исключением и технологии AR и VR.

В середине XX века, когда AR и VR ещё не различали, транснациональная организация Philco Corporation создала первый шлем виртуальной реальности для Пентагона. После были проекты для ЦРУ, NASA и отрасли развлечений. Это было что-то вроде 5D-кинотеатра. Аппарат не только демонстрировал зрителю кино со звуком, но ещё и обдувал его ветром, качал на стуле и наполнял ноздри соответствующими сюжету фильма ароматами. Данный вот аналоговый VR. Но изобретение было чересчур революционным и потому не вызвало интереса инвесторов. Определение объектов  очень сложно. Если приложение должно различать стол, то вполне достаточно загрузить на сервер множество фотографий столов. Нейросеть обозначает общую структуру, цвет, произвольные характеристики и присвоить данному набору данных конкретное действие в случае обнаружения на изображении.

Вторая часть — это отслеживание маркеров. Маркерами могут выступать как напечатанные изображения, так и любые объекты. Обложку журнала приложение распознает по азбучный форме с прямыми углами и конкретному рисунку, и будет мониторить ее положение в пространстве, отмечая смещение относительно фона. В этом случае сама обложка и имеется маркер. Со специальными маркерами все обстоит еще проще. Допустим, мы желаем примерить автомобилю новые диски. Для данного нам вполне наклеить на диски QR-метки и система машинально поймет, что именно в таких местах необходимо вставлять в картинку изображение новых колес.

Еще один пример: мы кладем метку на пол, и приложение понимает, что эта плоскость и имеется пол, и разместит на нем произвольные объекты. Но маркеры всюду не налепишь, а осуществить уникальный маркер под каждую ситуацию и систематизировать всю систему чересчур сложно. Здесь на выручку приходит SLAM — метод Одновременной Локализации и Построения Карты, который применяется для построения карты в неизвестном пространстве с одновременным контролем текущего местоположения и пройденного пути.

AR на телефоне – детальное описание возможностей. Дополненная реальность на телефонах и планшетах основана на том, что телефон обрабатывает информацию из различных источников, в итоге определяет своё положение в пространстве и располагает в соответствии с ним виртуальный объект на экране. Игры используют GPS, компас и гироскоп. Распознавание QR-кода возникло еще в 2000-х, а методы по созданию AR на базе картинок-меток - в начале 2010-х.

Приложения для смартфонов научились видеть лицо. Современные организации не просто узнают определённые элементы на изображении, но научились лучшему: они могут различать плоские поверхности, запоминать их взаимное расположение и на базе данного строить виртуальную модель окружающего пространства. Чтобы быть точным, схожие методы возникли 3 года назад, но сейчас, во-первых, они стали работать значительно более точно, во-вторых, возникло значительно больше телефонов и планшетов, поддерживающих такие методы. Благодаря этому теперь возможна точная навигация внутри помещений. Вы можете оставить виртуальный предмет в комнате, выйти, возвратиться – и телефон узнает комнату и поставит виртуальный предмет на место.

В теории, мы можем научить различать камеру любые объекты – библиотеки машинного зрения OpenCV взаимодействуют в открытом доступе. На практике имеется инструмент, который позволяет различать руки (хотя и он требует корректировки напильником под конкретную задачу), что используется ювелирными брендами, хуже для тех же целей распознаются уши.

Также поэтапно возникают организации трекинга объемных предметов, теперь они работают лишь с самыми азбучными объектами (цилиндр, куб, и т.п.). Чтобы научить «видеть» сложные предметы, нужно натаскивать ИИ именно на данный предмет.

Следует отметить  данную возможность, как отслеживание показателя освещенности. Функция доступна на устройствах с поддержкой ARCore и ARKit представляет собой которые введены Google и Apple инструменты разработчиков и стандарты для устройств на основе Android (iOS) для создания эффектов дополненной реальности. Телефоны с поддержкой таких стандартов не только встраивают предметы в окружение, но и накладывают тени в соответствии с освещением. Особенно это важно  на «блестящих» виртуальных предметах. Таким образом, виртуальные объекты выглядят более естественно и различаются среди истинных объектов.

Что важно при ориентировании по плоской метке? Самым простым и доступным для большинства смартфонов вариантом остается дополненная реальность с ориентацией на метку. Но и здесь имеются моменты, которые могут помешать стабильной работе.

В самой метке важны понятные границы линий и контрастность изображения. Негативно может повлиять степень качества печати, если после печати картинка выглядит не так, как в электронном формате. Также важно степень качества камеры телефона и как она реагирует на изменение освещенности: например, при офисном свете всё может работать отлично, но стоит вынести метку под уличное освещение ночью – и телефон уже «не узнает» картинку. Такие же проблемы могут возникать в затемненных помещениях и при переключении освещения.

Что важно при ориентировании в пространстве? На устройствах ARCore и ARKit заявлен трекинг любых поверхностей. На практике хорошо отслеживается пол и горизонтальные поверхности снизу относительно телефона (например, поверхность стола). Стены вполне отслеживаются только устройствами от 2018 года. Отследить потолок на конкретных устройствах вообще не представляется возможным. Поэтому для предметов, которые нужно разместить на стенах и потолке, рекомендуем использовать, как и прежде метки. А вот с расстановкой предметов на полу или на столе уже можно работать.

В каких отраслях используют AR? С помощью AR можно решить на практике неограниченный круг задач. Например, Amazon применяет AR для аудита социального дистанцирования собственных работников. В самых людных местах офиса установлены мониторы, на которые транслируются изображения из закреплённых сразу же камер наблюдения. Вокруг любого человека дорисовывается круг безопасного диаметра, и если граждане взаимодействуют чересчур близко, круги вокруг них становятся красными. Во всевозможных остальных случаях они зелёные:

Ещё одна странная сфера использования — логистические центры. Компания DHL разработала специальную гарнитуру для повышения эффективности труда сотрудников, которая состоит из сканера проектора и особых очков. Она сканирует штрихкод упаковки и проецирует на очки всю которая необходима информацию, в том числе место посылки на тележке.

AR используют в медицине. Существует устройство, считывающее сетку сосудов пациента по тепловому излучению и проецирующее её на руку. С таким гаджетом средний медперсонал никогда не промахнётся, пока ставит капельницу или делает укол в вену.

Кроме того, AR используют в образовании, авиационной и автомобильной промышленности, машиностроении, туризме, прессе, музейном деле и прочих сферах.

Экономика будущего  будет основана на AR. Основное направление формирования AR — повсеместная доступность и высочайшее уровень качества контента. Единственное, что пока удерживает взрывной рост известности данной технологии — отсутствие качественных и относительно недорогих AR-очков. С появлением данных очков получать AR-опыт станет несравнимо удобнее, а значит число потребителей увеличится в разы.

Что касается каналов связи, то они уже готовы. Некоторые развитые государства используют канал, который разработан специально для AR/VR 5G. Особенная черта данного стандарта в том, что он в действительном времени распределяет вычисления между мобильным устройством и сервером. Преградой для повсеместного использования AR/VR стала низкая вычислительная способность мобильных устройств. Точнее, для AR её хватало, но делать контент нужного качества, как настоящее кино или сегодняшний мультфильм, было нельзя. Девайс очень тормозил. В новом стандарте данной проблемы нет. Самые объёмные вычисления станут передаваться на сервер, а оттуда на устройство будет возвращаться готовый результат. И все это в действительном времени, то есть совершенно незаметно для пользователя.

Дополненная реальность — это не только игры и селфи с виртуальными масками. Это гигантское количество возможностей для коммерческого применения, новые горизонты в образовании, промышленности, медицине, строительстве, торговле и даже туризме. И дальше должно быть только интереснее. Коммерческий рост ЭйАр поразителен. Ей, в отличие от виртуальной реальности, необязательно опираться на специализированное железо и громоздкие устройства. Технология прекрасно работает на самом массовом носимом девайсе — смартфоне.

[Электронный ресурс]. URL: https://habr.com/ru/post/419437/

[Электронный ресурс]. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Дополненная_реальность

[Электронный ресурс]. URL: https://netology.ru/blog/09-2020-what-is-ar

[Электронный ресурс]. URL: https://funreality.ru/technology/augmented_reality/

[Электронный ресурс]. URL: https://helmeton.ru/blog/technologii-ar/

Просмотров работы: 22