ДОПОЛНЕННАЯ РЕАЛЬНОСТЬ

Дополненная реальность (ДР) дополняет различные ощущения (зрение, слух, осязание и др.) реального мира цифровыми (виртуальными) объектами, которые сосуществуют и взаимодействуют в одном и том же пространстве, как в реальном мире.

Данная технология дополняет, например, поле зрения пользователя при помощи компьютерных устройств соответствующей информацией, что позволяет ему получать со своей точки зрения и в соответствии с индивидуальными настройками необходимые для работы сведения о наблюдаемых объектах и помощь в решении поставленных задач.

Некоторые приложения дополненной реальности устраняют реальные объекты из воспринимаемой среды.

Например, при визуализации строящегося здания, которое стоит на определенном месте, может понадобиться удалить строительные леса, краны и т. п., которые существуют в настоящий момент. Некоторые исследователи называют подобную задачу устранения реальных объектов уменьшенной реальностью.

Системы дополненной реальности (СДР) имеют следующие свойства [1]:

• комбинируют реальные и виртуальные объекты в реальной среде;
• работают в интерактивном режиме в реальном времени;
• реалистично совмещают (регистрируют) реальные и виртуальные объекты друг с другом.

Существуют три основные технологии, на которых строится ДР [2]:

1. отслеживание (Tracking) – определение параметров местоположения и ориентации, система должна знать точку зрения пользователя для поиска и представления связанного с ней цифрового контента;

2. регистрация (Registration) – совмещения реальной и цифровой информации, которая предоставляется пользователю. Обычно проводится с пиксельной точностью в кадре для представления реальных и виртуальных объектов в одной и той же области;

3. отображение (Display) – наблюдение пользователем реального мира с наложенной цифровой информацией на устройстве с учетом отслеживаемости объектов в каждом кадре.

Существуют следующие технологии распознавания.

Маркерная (коды или изображения):

– идентификация выбранных для представления объектов происходит при помощи меток, размещенных на них или рядом с ними, или на основе распознавания естественных особенностей объекта;

– при наведении устройства на метку, происходит ее распознавание, после чего пользователь сможет ознакомиться с привязанной к этой метке информацией или просмотреть симуляцию события поверх современного вида объекта.

Безмаркерная – пространственное картирование обеспечивает представление реальных поверхностей окружающей среды видимыми на них полигональными сетками с возможностью привязки к произвольным элементам сетки цифровых объектов, которые наблюдаются через камеру выбранного для реализации дополненной реальности устройства [3]. Пользователь может привязать любую информацию к элементам сетки.

Геолокационная:

– при наведении устройства на определенный сектор пространства на его экране появятся метки, привязанные к выбранным для представления и попадающим в этот сектор объектам города или природной среды, с которыми связана некоторая информация или смоделированная ситуация;

– активировав метку, пользователь сможет ознакомиться с этой информацией или просмотреть симуляцию события поверх совре­менного вида объекта.

Наибольшее распространение на сегодняшний день получила визуальная дополненная реальность – это технология наложения в режиме реального времени цифровых объектов (текст, графика, аудио и др.) на изображение реальной среды, полученное с камеры какого-либо устройства и наблюдаемое на его экране.

На рисунке 1 приведена типовая архитектура приложения, использующего ДР [3,4].

Рисунок 1. Эталонная архитектура систем ДР

Данная архитектура является обобщенным вариантом модели предметной области. Пользователь, находясь в реальном мире, использует систему ДР для расширения своего восприятия. Происходит взаимодействие трех основных составляющих: пользователя, реального мира и системы ДР, которая в свою очередь может взаимодействовать с сетью для получения информации.

В эталонной модели выделено несколько основных подсистем, необходимых для организации ДР:

– «отслеживание» (tracking). Подсистема, отвечающая за постоянный контроль над местонахождением, положением и ориентацией пользователя (устройства). Данная подсистема необходима для правильного расположения виртуальных объектов относительно пользователя;

– «взаимодействие» (interaction). Подсистема позволяет пользователю взаимодействовать и управлять всей системой;

– «представление» (presentation). Подсистема ответственна за все виды исходящей из системы информации: модели, звук, видео и т. д.

– «окружение» (context). Включает в себя информацию о пользовательском статусе и ситуации, в которой он находится;

– «мировая модель» (world model). Подсистема отвечает за виртуальное представление окружающего пространства и включает точки интереса, объединенные в слои, миры или каналы;

– «приложение» (application). Осуществляет контроль за совместной работой остальных подсистем.

Существует три основных типа архитектур, на которых строятся системы ДР: сетевая (web), автономная (standalone) и шлюзовая (gateway) [4]. Каждая архитектура имеет свои положительные и отрицательные стороны. Необходимо исходить из конкретных условий применения приложения для выявления наиболее подходящей архитектуры. Сетевая архитектура подойдет для использования в приложениях с разнообразным и постоянно меняющимся контентом. Автономная архитектура должна использоваться, когда ограничен или отсутствует доступ к сети. Шлюзовая архитектура представляет собой компромиссный вариант.