Что такое дополненная реальность

В последние несколько лет наблюдается быстрый рост дополненной реальности и виртуальной реальности. Эти технологии помогают миру понимать сложные вещи, делая визуализацию более простой и эффективной. Они позволяют легко визуализировать объект в 3-х измерениях, что не только создает виртуальное изображение воображаемых объектов, но также создает трехмерные изображения реальных объектов.

Первый эксперимент с виртуальной реальностью на человечестве был проведен Сазерлендом в 1968 году. Он сделал огромный механически установленный налобный дисплей, который был очень тяжелым и назвал его «Дамоклов меч». Эскиз этого же дан ниже.

Термин «дополненная реальность» был придуман двумя исследователями Boeing в 1992 году. Они хотят анализировать детали самолета, не разбирая их.

Google уже запустил ARCore, который помогает создавать контент AR на смартфонах. Многие смартфоны поддерживают ARcore, и вам просто нужно загрузить приложение AR, и вы сможете использовать его без каких-либо других требований. Вы можете найти список смартфонов с поддержкой AR здесь.

Давайте погрузимся в мир AR и VR, изучив эти технологии и различия между ними.

Что такое дополненная реальность и чем она отличается от виртуальной реальности?

Дополненная реальность - это прямое или косвенное представление реального физического мира в реальном времени, в котором сгенерированные компьютером объекты помещаются с использованием обработки изображений. Слово «увеличивать» означает делать вещи большими, добавляя другие вещи. AR приносит вычисления в реальный мир, позволяя вам взаимодействовать с цифровыми объектами и информацией в вашей среде.

В виртуальной реальности создается смоделированная среда, в которой пользователь помещается внутрь опыта. Итак, VR переносит вас в новый опыт, и поэтому вам не нужно ехать туда, чтобы увидеть место, вы чувствуете, каково это быть там. Oculus Rift или Google Cardboard - вот некоторые примеры VR.

Смешанная реальность - это комбинация AR и VR, в которой вы можете создавать виртуальную среду и дополнять ее другими объектами.

Вы можете увидеть разницу между этими технологиями, просто посмотрев на изображение и определения выше.

Самое главное отличие заключается в самом оборудовании. Для того, чтобы испытать виртуальную реальность, вам понадобится какая-то гарнитура, которая может работать через смартфон или подключаться через высокопроизводительный ПК. Этим гарнитурам требуются дисплеи питания с малой задержкой, чтобы мы могли беспрепятственно наблюдать за виртуальным миром, не пропуская ни единого кадра. Хотя для технологии AR не требуется гарнитура, вы можете просто использовать камеру телефона и поднести ее к указанным объектам, чтобы в любой момент испытать AR без гарнитуры.

Помимо использования смартфона для AR, вы можете использовать автономные умные очки, такие как Microsoft Hololens. Hololens - это высокопроизводительное интеллектуальное стекло, в которое встроены различные типы датчиков и камер. Он специально разработан для знакомства с AR.

Примеры использования дополненной реальности

Хотя AR - молодая среда, и она уже используется в самых разных секторах. В этом разделе мы рассмотрим несколько наиболее популярных вариантов использования AR.

1. AR для покупок и розничной торговли: этот сектор очень широко использует технологию AR. AR позволяет вам попробовать часы, одежду, макияж, очки и т. Д. Lenskart, онлайн-платформа для покупки очков, использует AR, чтобы вы почувствовали реальный внешний вид. Мебель также является лучшим вариантом использования AR. Вы можете навести камеру на любую часть вашего дома / офиса, для которой вы хотите купить мебель, она покажет наилучшее возможное трехмерное изображение с точными размерами.

2. AR для бизнеса: профессиональные организации также используют AR, что позволяет взаимодействовать с продуктами и услугами. Розничные продавцы могут предлагать покупателям новые способы взаимодействия с продуктами, а рекламодатели могут обращаться к потребителям с помощью иммерсивных кампаний. На складах можно создать полезную навигацию и инструкции для рабочих. Архитектурные фирмы могут отображать проекты в трехмерном пространстве.

3. AR для социальных сетей. Многие платформы социальных сетей, такие как Snapchat, Facebook, используют AR для установки различных типов фильтров. AR манипулирует вашими лицами в цифровом виде и делает ваши фотографии более интересными и забавными.

4. AR в играх: в 2016 году Pokemon Go становится первой вирусной AR-игрой. Это было так интересно и реально, что люди пристрастились к этой игре. Сейчас многие игровые фирмы используют AR, чтобы сделать персонажей более привлекательными и интерактивными с пользователем.

5. AR в образовании: преподавание сложных тем с помощью AR - одна из его возможностей. Google запустила приложение AR для образования под названием Expeditions AR, которое помогает учителям показывать учащимся с помощью визуальных эффектов AR. Визуальное изображение AR ниже, которое показывает, как происходит извержение вулкана.

6. AR для здравоохранения: AR используется в больницах, чтобы помочь врачам и медсестрам в планировании и проведении операций. Интерактивные трехмерные изображения, такие как AR, предлагают врачам гораздо больше по сравнению с двухмерными. Таким образом, AR может направлять хирургов через сложные операции, шаг за шагом, и в будущем может заменить традиционные схемы.

7. AR для некоммерческих организаций: AR может использоваться некоммерческими организациями для поощрения более глубокого взаимодействия по критическим вопросам и содействия созданию идентичности бренда. Например, организация хочет распространить информацию о глобальном потеплении, а затем может провести презентацию о его последствиях, используя интерактивные объекты дополненной реальности для обучения людей.

Требования к оборудованию для дополненной реальности

Основа любой технологии начинается с ее аппаратного обеспечения. Как описано выше, мы можем испытать AR на смартфоне или автономных смарт-очках. Эти устройства содержат множество различных датчиков, с помощью которых можно отслеживать окружающую среду пользователя.

Такие датчики, как акселерометр, гироскоп, магнитометр, камера, обнаружение света и т. Д., Играют очень важную роль в AR. Давайте посмотрим на важность и роль этих датчиков в AR.

Датчики отслеживания движения в дополненной реальности

Акселерометр: этот датчик измеряет ускорение, которое может быть статическим, как сила тяжести, или динамическим, как вибрация. Другими словами, он измеряет изменение скорости в единицу времени. Этот датчик помогает устройству AR отслеживать изменения в движении.
Гироскоп: Гироскоп измеряет угловую скорость или ориентацию / наклон устройства. Поэтому, когда вы наклоняете свое устройство AR, оно измеряет величину наклона и передает его в ARCore, чтобы объекты AR реагировали соответствующим образом.
Камера: обеспечивает прямую трансляцию окружающей среды пользователя, на которую можно накладывать объекты AR. Помимо самой камеры, ARcore использует другие технологии, такие как машинное обучение, сложную обработку изображений для получения высококачественных изображений и картографирование с помощью AR.

Давайте подробнее разберемся с отслеживанием движения.

Отслеживание движения в дополненной реальности

Платформы AR должны улавливать движения пользователя. Для этого на этих платформах используются технологии одновременной локализации и сопоставления (SLAM) и одновременной одометрии и сопоставления (COM). SLAM - это процесс, с помощью которого роботы и смартфоны понимают и анализируют окружающий мир и действуют соответственно. В этом процессе используются датчики глубины, камеры, акселерометры, гироскоп и датчики света.

Параллельная одометрия и картографирование (COM) может показаться сложным, но в основном эта технология помогает смартфонам определять свое местоположение в пространстве по отношению к окружающему миру. Он фиксирует визуально отличные особенности объектов в окружающей среде, называемые характерными точками. Этими характерными точками могут быть выключатель света, край стола и т. Д. Любой высококонтрастный визуальный элемент сохраняется как особенность.

Датчики отслеживания местоположения в AR

Магнитометр: этот датчик используется для измерения магнитного поля Земли. Это дает устройству AR простую ориентацию, связанную с магнитным полем Земли. Этот датчик помогает смартфону находить определенное направление, что позволяет ему автоматически поворачивать цифровые карты в зависимости от вашего физического положения. Это устройство является ключом к приложениям AR на основе определения местоположения. Наиболее часто используемый магнитный датчик - это датчик Холла, с помощью которого мы ранее создавали среду виртуальной реальности с помощью Arduino.
GPS: это глобальная навигационная спутниковая система, которая предоставляет информацию о геолокации и времени на приемник GPS, как в смартфоне. Для смартфонов с поддержкой ARCore это устройство помогает включить приложения AR на основе определения местоположения.

Что делает AR реальной?

Существует множество инструментов и техник, с помощью которых AR становится реальной и интерактивной.

1. Размещение и позиционирование ресурсов. Активы - это объекты AR, которые видны глазам. Чтобы поддерживать иллюзию реальности в AR, цифровые объекты должны вести себя так же, как и реальные. Эти объекты должны быть привязаны к фиксированной точке в данной среде. Фиксированной точкой может быть что-то конкретное, например, пол, стол, стена и т. Д., Или это может быть в воздухе. Это означает, что во время движения активы не должны перемещаться случайным образом, они должны быть зафиксированы в заранее определенных точках.

2. Масштаб и размер активов: объекты AR должны иметь возможность масштабирования. Например, если вы видите приближающуюся к вам машину, она начинается с малого и становится больше по мере приближения. Кроме того, если вы видите картину сбоку, она выглядит иначе, если смотреть спереди. Таким образом, объекты AR также ведут себя одинаково и дают ощущение реальных объектов.

3. Окклюзия: то, что происходит, когда изображение или объект блокируется другим, называется окклюзией. Итак, когда вы двигаете рукой перед глазами, вы будете обеспокоены, если увидите что-нибудь, пока ваши глаза закрыты рукой. Кроме того, объекты AR должны следовать тому же правилу, когда объект AR скрывает другой объект AR, тогда только объект AR, который находится впереди, должен быть виден, перекрывая другой.

4. Освещение для повышения реализма: когда есть изменение в освещении окружающей среды, объект AR должен реагировать на это изменение. Например, если дверь открыта или закрыта, объект AR должен изменить цвет, тень и внешний вид. Кроме того, тень должна двигаться соответственно, чтобы дополненная реальность выглядела реальной.

Инструменты для создания дополненной реальности

Есть несколько онлайн-платформ и специальное программное обеспечение для создания контента AR. Поскольку у Google есть собственный ARCore, они оказывают хорошую поддержку новичкам в создании AR. Помимо этого, несколько других программ AR кратко описаны ниже:

Poly - это онлайн-библиотека от Google, где люди могут просматривать, публиковать и редактировать 3D-ресурсы. Ресурс - это 3D-модель или сцена, созданная с помощью Tilt Brush, Blocks или любой 3D-программы, которая создает файл, который можно загрузить в Poly. Многие активы лицензированы по лицензии CC BY, что означает, что разработчики могут использовать их в своих приложениях бесплатно, если создатель получил кредит.

Tilt Brush позволяет рисовать в трехмерном пространстве с помощью виртуальной реальности. Раскройте свой творческий потенциал с помощью трехмерных мазков кисти, звезд, света и даже огня. Ваша комната - это ваш холст. Ваша палитра - это ваше воображение. Возможности безграничны.

Блоки помогают создавать 3D-объекты в виртуальной реальности независимо от вашего опыта моделирования. Используя шесть простых инструментов, вы можете оживить свои приложения.

Unity - это кроссплатформенный игровой движок, разработанный Unity Technologies, который в основном используется для разработки как трехмерных, так и двухмерных видеоигр и симуляций для компьютеров, консолей и мобильных устройств. Unity стал популярным игровым движком для создания контента VR и AR.

Sceneform - это трехмерная среда с физическим рендерером, оптимизированная для мобильных устройств и упрощающая для разработчиков Java создание дополненной реальности.

Важные термины, используемые в AR и VR

Якоря: это определяемая пользователем точка интереса, на которой размещаются объекты AR. Якоря создаются и обновляются относительно геометрии (плоскости, точки и т. Д.)
Актив: относится к 3D-модели.
Документ по дизайну: руководство по работе с дополненной реальностью, содержащее все 3D-ресурсы, звуки и другие дизайнерские идеи, которые ваша команда может реализовать.
Понимание окружающей среды : понимание реальной среды путем обнаружения характерных точек и плоскостей и использования их в качестве опорных точек для отображения окружающей среды. Также называется контекстной осведомленностью.
Особенности: Это визуально отличимые элементы вашего окружения, такие как край стула, выключатель света на стене, угол ковра или что-либо еще, что может оставаться видимым и постоянно размещаться в вашем окружении.
Проверка попадания: используется для получения координат (x, y), соответствующих экрану телефона (предоставляемых касанием или любым другим взаимодействием, которое вы хотите, чтобы ваше приложение поддерживало), и проецирования луча в поле зрения камеры на мир. Это позволяет пользователям выбирать объекты в среде или иным образом взаимодействовать с ними.
Погружение: ощущение принадлежности цифровых объектов реальному миру. Нарушение погружения означает, что нарушено чувство реализма; в AR это обычно происходит из-за поведения объекта, не соответствующего нашим ожиданиям.
Отслеживание изнутри: когда устройство имеет внутренние камеры и датчики для обнаружения движения и отслеживания местоположения.
Внешнее отслеживание: когда устройство использует внешние камеры или датчики для обнаружения движения и отслеживания местоположения.
Поиск плоскости: специфичный для смартфона процесс, с помощью которого ARCore определяет горизонтальные и вертикальные поверхности в вашей среде и использует эти поверхности для размещения и ориентации цифровых объектов.
Raycasting : проектирование луча, чтобы помочь оценить, где должен быть размещен объект AR, чтобы он выглядел на реальной поверхности правдоподобным образом; используется во время проверки попадания.
Взаимодействие с пользователем (UX): процесс и базовая структура улучшения пользовательского потока для создания продуктов с высоким удобством использования и доступностью для конечных пользователей.
Пользовательский интерфейс (UI): визуальные элементы вашего приложения и все, с чем взаимодействует пользователь.