XVII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2025

Введение.Современные технологии расширенной реальности (XR) активно развиваются, стремясь создать наиболее реалистичный пользовательский опыт. Однако традиционные системы XR в основном ориентированы на зрение и слух, тогда как интеграция других сенсорных модальностей остается относительно новым направлением. Включение мультисенсорности позволяет повысить степень иммерсии и взаимодействия пользователя с виртуальной или дополненной средой, открывая новые возможности для практического применения. Сенсорное восприятие играет ключевую роль в формировании реалистичных цифровых миров. Развитие XR-технологий привело к созданию инновационных решений в области тактильной, обонятельной и вкусовой обратной связи, способных значительно усилить эффект присутствия. Эти достижения открывают новые горизонты для исследований в области нейронауки, когнитивной психологии и инженерии пользовательского опыта. Дальнейшее изучение мультисенсорных эффектов в XR может привести к революционным изменениям в способах взаимодействия человека с цифровыми технологиями.

Цель исследования — провести анализ современного состояния, особенностей функционирования и перспектив внедрения технологий расширения реальности в человеческую жизнь.

Материал и методы исследования

Для оценки тенденций развития и особенностей внедрения мультисенсорных технологий в средства расширенной реальности, а также анализа их успешных реализаций, в данном исследовании использовались следующие методы:

1. Основной метод, примененный для анализа текущих тенденций в области мультисенсорности и расширенной реальности, заключался в проведении обширного обзора актуальной научной литературы. Были изучены научные статьи, журнальные публикации и специализированные отчеты ведущих технологических компаний, работающих в области AR, VR и MR. Особое внимание уделено исследованиям, посвященным интеграции различных сенсорных каналов в системы расширенной реальности, а также примерам успешных реализаций мультисенсорных технологий в различных отраслях.

2. Для более детального понимания применения мультисенсорных технологий в AR/VR, проведен анализ успешных примеров таких технологий в реальных условиях. Были рассмотрены приложения, использующие тактильную обратную связь (например, медицинские симуляторы, такие как Osso VR), а также проекты, внедряющие ароматические технологии и пространственный звук. Оценка эффективности этих решений была проведена на основе данных из открытых источников, таких как отзывы пользователей, тестирования и специализированных исследований.

3. В ходе исследования был проведен сравнительный анализ различных технологий мультисенсорности, используемых в сфере расширенной реальности. Для этого использовались данные о различных устройствах и платформах, таких как очки дополненной реальности (например, Microsoft HoloLens), системы виртуальной реальности (например, Oculus Rift), а также носимые устройства, поддерживающие тактильную обратную связь и другие сенсорные технологии. Особое внимание было уделено аппаратным и программным аспектам интеграции нескольких сенсорных каналов и их совместной работы для улучшения пользовательского опыта.

4. Для оценки востребованности и распространенности мультисенсорных технологий были собраны и проанализированы данные о численности пользователей и проценте использования соответствующих приложений и устройств в различных отраслях. Использовались методы статистического анализа для обработки данных о тенденциях развития технологий AR/VR и мультисенсорных решений на основе информации из открытых источников и отраслевых отчетов.

Методология исследования позволила не только оценить текущие достижения в области мультисенсорности и расширенной реальности, но и выявить перспективы дальнейшего развития этих технологий, а также проблемы, с которыми сталкиваются разработчики и пользователи. Комбинированный подход, включающий обзор литературы, практический анализ успешных примеров и данные, полученные от экспертов и тестирования, обеспечил всестороннее понимание процессов внедрения мультисенсорных технологий в систему расширенной реальности.

Результаты исследования и их обсуждение

Проведенный предварительный анализ научной литературы позволил сделать вывод, что одним из основных направлений развития технологий XR является улучшение взаимодействия с пользователем через дополнительные сенсорные каналы. Технологии, такие как haptic feedback (тактильная обратная связь), ароматы и звуковое сопровождение, начинают активно внедряться в системы расширенной реальности, рассмотрим каждую из них детально:

1. Тактильная обратная связь (Haptic technology) — системы, использующие вибрации, давления и другие физические ощущения, значительно увеличивают степень погружения в виртуальную среду. Применение таких технологий можно встретить в игрушках, медицинских тренажерах и обучающих симуляторах.

2. Ароматные технологии — внедрение технологий, которые позволяют передавать запахи в виртуальной среде. Это открывает возможности для более полного иммерсивного опыта в развлекательных, туристических и образовательных приложениях.

3. Слуховое восприятие — виртуальные и дополненные миры также активно используют звуковые эффекты для усиления иммерсивности. Применение пространственного звука позволяет создавать атмосферу присутствия и усиливать эффект от взаимодействия с виртуальными объектами.

Примером успешного внедрения мультисенсорности является использование AR-технологий в области медицины [2]. Виртуальные хирургические тренажеры, такие как Osso VR, используют не только визуальные и звуковые элементы, но и тактильную обратную связь, позволяя медикам практиковать сложные операции в безопасной и контролируемой среде. Еще одним примером является использование технологий расширенной реальности для улучшения потребительского опыта. Приложения вроде IKEA Place позволяют пользователям виртуально разместить мебель в реальном пространстве, используя смартфон, что делает процесс покупки более увлекательным и интуитивным.

Тенденции развития

Среди перспективных направлений можно выделить несколько ключевых тенденций:

1. Интеграция с искусственным интеллектом (ИИ) — использование ИИ позволяет создавать более динамичные и адаптивные системы расширенной реальности, которые могут изменяться в зависимости от действий пользователя. ИИ также играет важную роль в распознавании объектов, определении предпочтений и даже в анализе эмоций пользователя [1].

2. Мобильные и переносимые устройства — современные мобильные устройства и носимые гаджеты, такие как очки дополненной реальности, становятся все более мощными и компактными, что способствует более широкому распространению технологий XR среди пользователей.

3. Усовершенствование вычислительных мощностей — с каждым годом вычислительные ресурсы становятся более мощными и доступными. Это способствует улучшению качества изображения, повышению скорости отклика и более точному восприятию взаимодействия с виртуальной средой.

Однако, несмотря на очевидные преимущества, их широкое внедрение сталкивается с рядом препятствий, среди которых можно выделить технические, экономические, методологические и социальные аспекты, рассмотрим каждую из них отдельно:

1. Одним из ключевых барьеров являются технологические ограничения, связанные с точностью и скоростью обработки мультимодальных данных. Синхронизация различных сенсорных потоков требует высокой вычислительной мощности, а несовершенство датчиков может приводить к искажениям восприятия. Кроме того, современные интерфейсы пока не способны в полной мере передавать тактильные и обонятельные стимулы, что ограничивает реалистичность опыта взаимодействия.

2. Высокая стоимость разработки и производства мультисенсорных систем также является значительным препятствием. Использование высокоточных сенсоров, мощных вычислительных платформ и специализированного программного обеспечения требует значительных финансовых вложений. В результате, коммерциализация таких решений затруднена, особенно для массового потребителя.

3. Отсутствие стандартов и унифицированных методик тестирования мультисенсорных технологий усложняет их интеграцию в существующие системы. Необходимо разработать надежные методы оценки эффективности таких интерфейсов, а также определить оптимальные стратегии взаимодействия пользователей с ними. Кроме того, недостаточная междисциплинарность в исследованиях замедляет прогресс в данной области.

4. Не все пользователи готовы адаптироваться к новым интерфейсам, особенно если они требуют значительных изменений в привычных моделях взаимодействия. Факторы, связанные с когнитивной нагрузкой, удобством и доверием к технологии, играют решающую роль в принятии мультисенсорных решений. Также существует проблема инклюзивности — необходимо учитывать потребности различных групп пользователей, включая людей с ограниченными возможностями.

Для преодоления перечисленных барьеров необходимо продолжать исследования в области сенсорных технологий, совершенствовать аппаратную и программную части, а также разрабатывать более доступные и удобные способы взаимодействия. Кроме того, важную роль играет формирование рыночного спроса и активное внедрение мультисенсорных решений в различные сферы жизни, включая образование, медицину, промышленность и развлечения.

Дополнительно, важно развивать международное сотрудничество и междисциплинарные исследования, что позволит ускорить создание новых стандартов и технологий. Государственная поддержка и инвестиции в стартапы, занимающиеся разработкой мультисенсорных решений, также могут значительно ускорить процесс их интеграции в повседневную жизнь. В конечном итоге, комплексный подход, включающий научные исследования, технологические инновации и социальную адаптацию, обеспечит устойчивое развитие данной области и повысит качество взаимодействия человека с цифровыми средами.

Подводя итоги анализа состояния развитости вопроса внедрения мультисенсорных технологий в жизнь человека можно утверждать, что, с момента своего возникновения, технологии расширенной реальности (AR), виртуальной реальности (VR) и смешанной реальности (MR) привлекали внимание ученых, инженеров и предпринимателей, стремящихся внедрить их в различные сферы жизни человека. На сегодняшний день технологии AR/VR значительно продвинулись в плане доступности, функциональности и интеграции с другими современными технологиями, однако внедрение мультисенсорных решений в эти области еще находится на стадии активного развития [3].

Одним из ключевых факторов, влияющих на развитие мультисенсорных технологий в расширенной реальности, является совершенствование аппаратного обеспечения. В последние годы наблюдается значительный прогресс в создании устройств, которые могут обеспечивать взаимодействие через различные сенсоры. Ожидается, что с развитием технологий носимых устройств (например, смарт-очков и перчаток с тактильной обратной связью) будет значительно улучшаться возможность интеграции нескольких сенсорных каналов в одном устройстве.

Современные устройства, такие как Microsoft HoloLens 2, Magic Leap 2 и Oculus Quest 2, активно используют визуальную и звуковую информацию для создания расширенной реальности, однако исследования в области тактильной обратной связи (haptic feedback) и сенсоров для восприятия запахов находятся на стадии тестирования и внедрения. Важно отметить, что, хотя эти технологии уже доступны, их массовое распространение ограничивается стоимостью и необходимостью интеграции с высокопроизводительными вычислительными системами, что препятствует их широкому применению.

Одним из наиболее ярких примеров успешного внедрения мультисенсорных технологий является использование AR/VR в медицине. Виртуальные хирургические тренажеры, такие как Osso VR и Surgical Theater, предоставляют возможность врачам тренироваться в операциях, используя виртуальные модели, которые обеспечивают не только визуальную, но и тактильную обратную связь. Это помогает не только улучшить навыки хирургов, но и снизить риски при реальных операциях.

Кроме того, технологии AR активно применяются для создания инструментов для реабилитации пациентов, перенесших инсульт или травмы, с помощью которых можно восстанавливать двигательные навыки через взаимодействие с виртуальными объектами. Мультисенсорные тренажеры, такие как MindMotion GO, помогают пациентам с двигательными расстройствами, предлагая им игровые упражнения с тактильными и визуальными элементами, что способствует ускорению восстановления.

Мультисенсорные технологии активно внедряются и в сфере образования. Виртуальные классы и симуляторы, использующие не только визуальные и звуковые компоненты, но и тактильную обратную связь, позволяют значительно улучшить процесс обучения и повысить вовлеченность студентов. Например, в таких проектах, как Labster, студенты могут проводить виртуальные химические эксперименты, имея доступ к полноценному ощущению взаимодействия с химическими веществами, что невозможно в традиционной лаборатории. Для учащихся с особыми потребностями мультисенсорные технологии открывают новые горизонты. Например, создание тактильных карт и моделей для слабовидящих и слепых людей позволяет улучшить их восприятие географической и научной информации.

Индустрия развлечений, в частности видеоигры, является одной из самых быстро развивающихся областей внедрения технологий расширенной реальности. Игры, использующие как визуальные, так и тактильные элементы, обеспечивают более полное и увлекательное погружение в виртуальные миры. Например, в проектах типа Beat Saber или Half-Life: Alyx пользователи не только взаимодействуют с виртуальными объектами через зрительные и слуховые каналы, но и ощущают физическое воздействие в ответ на действия в игре. Кроме того, AR активно используется в мобильных играх, таких как Pokémon Go, где взаимодействие с окружающей реальностью становится не только визуальным, но и физическим, так как игроки могут двигаться и манипулировать объектами в реальном мире. Это создаёт новый тип игрового опыта, включающий в себя не только зрение и слух, но и движение, что также можно считать проявлением мультисенсорного взаимодействия.

Сфера туризма также активно внедряет мультисенсорные решения. Использование AR для создания интерактивных туристических маршрутов, которые позволяют не только визуально воспринимать исторические объекты, но и взаимодействовать с ними через звуковые и тактильные ощущения, становится все более популярным. Применение технологий дополненной реальности, например, для создания виртуальных гидов, которые используют не только голосовые подсказки, но и осязательные элементы, значительно улучшает опыт туристов.

Несмотря на существенные успехи, существует ряд препятствий на пути широкого внедрения мультисенсорных технологий, и наиболее важное из них, это высокие затраты на разработку и внедрение таких решений ограничивают их доступность для массового потребителя. Например, устройства с поддержкой хаптики остаются дорогими и требовательными к вычислительным мощностям.

Выводы. Современные технологии расширенной реальности переживают период активного развития и экспериментов, и мультисенсорность становится одним из ключевых факторов, определяющих их успех. Внедрение таких технологий, как тактильная обратная связь, пространственный звук и ароматические стимулы, значительно улучшает пользовательский опыт и открывает новые горизонты для различных сфер деятельности, от медицины и образования до развлечений и коммерции. Тем не менее, существуют значительные вызовы, с которыми сталкиваются разработчики и пользователи. Высокая стоимость разработки, требования к вычислительным мощностям и техническим характеристикам устройств, а также психологическая адаптация пользователей к новым формам взаимодействия — все это замедляет повсеместное внедрение мультисенсорных технологий. Будущее технологий расширенной реальности выглядит многообещающим благодаря стремительному развитию искусственного интеллекта, усовершенствованию носимых устройств и улучшению вычислительных мощностей. Все эти факторы способствуют созданию более доступных, эффективных и персонализированных решений. В ближайшие годы мы, вероятно, увидим еще более глубокую интеграцию мультисенсорности в системы XR, что приведет к значительным изменениям в способах взаимодействия с виртуальными и реальными мирами. Таким образом, несмотря на препятствия, технологии расширенной реальности с мультисенсорным опытом имеют огромный потенциал и смогут изменить многие аспекты нашей жизни, открывая новые возможности в сфере медицины, образования, производства и социальной интеграции.

Список литературы

1. Bukreiev D. et al. Features of the development of an automated educational and control complex for checking the quality of students. – CEUR Workshop Proceedings, 2021.

2. Найдыш, А. В. Проектирование педагогической технологии интенсификации подготовки ИТ-специалистов эксплуатации ветровых электростанций / А. В. Найдыш, Д. А. Букреев // Актуальные вопросы изучения и сохранения биологического и ландшафтного разнообразия юга России: Материалы Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 90-летию со дня рождения крымского орнитолога Ю. В. Костина, Симферополь, 08–11 октября 2024 года. – Симферополь: Крымский федеральный университет им. В.И. Вернадского, 2024. – С. 22-24. – EDNRHWHCX.

3. Искандарян Р. А. От виртуальной реальности-к искусственной жизни: эволюция идей // Запись и воспроизведение объёмных изображений в кинематографе, науке, образовании и в других областях. – 2021. – С. 234-241.