СЕТЕВАЯ СРЕДА СМЕШАННОЙ РЕАЛЬНОСТИ

Смешанная реальность (MR) органично вписывается в реальную пользовательскую среду с цифровым контентом, где обе среды сосуществуют таким образом, чтобы создать гибридную реальность. В MR виртуальные объекты ведут себя идентично тому, как если бы они существовали в реальном мире. Например, они накладываются на реальные объекты, загораживая их (корректная окклюзия); их освещение согласуется с реальными источниками света в имеющейся среде; их звучание соответствует тому, как если бы они находились в том же пространстве, что и пользователь. По мере того как пользователь взаимодействует с виртуальными и реальными объектами, первая группа объектов будет отражать все производимые над ними изменения в среде таким образом, как любой подлинный предмет в том же пространстве [1; 2].

В основу смешанной реальности заложены 4 базовых технологии: трекинг и регистрация, беспроводная связь, отображение, взаимодействие [3]. Технологии трекинга и отображения для MR были заимствованы у VR и AR и в настоящий момент продолжают совершенствоваться. Сегодня компании-участники рынка MR пребывают в поисках методов увеличения угла обзора и разрешения дисплеев в шлемах и очках смешанной реальности. Существует проблема грамотного проектирования пользовательского интерфейса, при котором управление MR-шлемом будет простым и удобным (без заучивания специальных жестов и использования дополнительных устройств - контроллеров для реализации функции управления). Разработчики современных MR-устройств видят решение во встраивании искусственного интеллекта и новых датчиков, позволяющих значительно улучшить семантическое понимание [4]. Несмотря на трудности, сочетание этих технологий и высокий уровень их реализации (по сравнению с VR и AR) дает возможность применять MR-решения в разных отраслях и для разных задач.

Остаётся вопрос беспроводной связи: с какой целью и как она должна реализовываться в системе смешанной реальности. Прежде всего необходимо обозначить, что такое «сетевая среда» и какими свойствами она должна обладать. Сетевая среда подразумевает канал, по которому передаются данные от источника к получателю посредством кабелей (проводная среда) и радиоволн (беспроводная среда). Согласно работе В.С. Бабенко, «сетевая виртуальная система – это системы виртуальных объектов в локальных и глобальных компьютерных сетях. Такие системы многофункциональны, так как они могут выполнять одновременно функции сбора, распределения и хранения различной информации, доступной для многих пользователей» [5]. Следовательно, сетевая среда смешанной реальности – это многопользовательская гибридная реальность, в которой одновременно несколько пользователей способны взаимодействовать не только друг с другом, но и с виртуальными объектами в режиме реального времени. Такая среда позволит обеспечить доступ к расширенному функционалу MR-технологий: видеоконференции, 3D визуализация и трансляция данных в сеть, расшаривание контента для удаленного просмотра и редактирования, доступ к облачным сервисам и их мгновенная актуализация для работы онлайн и т.д.

Назначение. Сетевая среда смешанной реальности предназначена для организации многопользовательского сетевого взаимодействия. Субъектами такой среды является неограниченное число пользователей, в том числе работающих удаленно. Объектами сетевой среды MR выступают данные, представленные в удобном для всех пользователей формате (поддержка пространственного аудио и UHD-видео, в том числе в формате 360; изображения в 2D и 3D формате) [2]. Возможности сетевой среды смешанной реальности варьируются от видеоконференций, инструментов и функций 3D визуализации, расшаривания контента для удаленного просмотра и редактирования до доступа к облачным сервисам и их мгновенной актуализации для работы онлайн.

Основная цель сетевой среды смешанной реальности - обеспечить повышенную эффективность и скорость, пониженную себестоимость и расширенные возможности автоматизации проектирования и производства изделий промышленного и военного назначения. К таким изделиям могут относится те объекты, которые представляют собой, в соответствии с ГОСТ 2.101-68 “ЕСКД. Виды изделий”, комплекс деталей, сборочных единиц и комплектов и требуют большого числа участников для их проектирования и производства [6]. Согласно ГОСТ 2.103-68 “ЕСКД. Стадии разработки”, процесс проектирования включает в себя следующие этапы:

1. предварительный анализ и разработка технического задания,

2. разработка художественно-конструкторских предложений,

3. разработка эскизного художественно-конструкторского проекта,

4. разработка технического художественно-конструкторского проекта,

5. рабочее проектирование [7].

Полноценный цикл проектирования и производства может включать в себя целый спектр разных задач:

• техническое обслуживание и функционирование (диагностика, инструкции и удаленная поддержка работников завода);
• производство (автоматизация и мониторинг работы оборудования, отладка, обучение рабочих в режиме симуляции);
• дизайн и конструирование (виртуальные прототипы, симуляция их работы, тестирование, удаленное взаимодействие и работа всей команды);
• отчетность и аналитика (сбор и анализ данных со всех привязанных к системе устройств, автоматическое заполнение и быстрое обращение к цифровой документации, предсказание и поиск решений по оптимизации на основании отчетов);
• контроль качества (сенсорное управление, оценка полученных продуктов на предмет соответствия стандартам, контроль процесса производства);
• дистрибуция (выпуск продукции и его распределение с помощью удаленного управления соответствующим оборудованием) [8].

Сетевая среда смешанной реальности подходит для выполнения указанных выше задач проектирования и производства сложных изделий благодаря своим функциональным возможностям и различным видам обеспечения.

Обязательными компонентами для построения сетевой среды смешанной реальности являются:

• MR-устройство, обладающее как минимум одним сетевым интерфейсом,
• доступ к сети Интернет по выделенному защищенному каналу,
• распределенная база данных для хранения цифровых объектов и их текущих состояний.

К функциям сетевой среды смешанной реальности можно отнести:

• многопользовательский доступ к виртуальным объектам, создаваемым в рамках конкретного проекта/приложения,
• обеспечение совместного просмотра и редактирования виртуальных объектов в режиме реального времени,
• возможность аудио- и видеообщения пользователей,
• сохранение информации о состоянии виртуальных объектов (их размеры, координаты, цвет, материал и др.) как в течении сеанса работы, так и после его завершения.

Исходя из описанных функций, к задачам сетевой среды MR относятся:

• идентификация и аутентификация пользователей, ведение учетных записей пользователей (с распределением ролей и прав),
• ведение распределенной базы данных с блокировкой доступа пользователя на редактирование к элементам, редактирование которых уже выполняется каким-либо пользователем (при этом все участники не только имеют доступ к просмотру редактируемого элемента, но и в режиме реального времени видят вносимые изменения),
• автосохранение вносимых изменений в базу данных,
• передача аудио- и видеоконтента по сети,
• решение коллизий.

Вопрос построения сетевой среды смешанной реальности является многоаспектным и включает в себя набор требований к различным видам обеспечения (аппаратному, программному, информационному, лингвистическому и методическому), методам организации многопользовательского взаимодействия и системе безопасности. Создание эффективной и надежной сетевой среды смешанной реальности – тема, которая безусловно требует тщательного исследования.

Список литературы:

1. Калинина А.И. Анализ современного состояния и актуальных проблем развития VAMR-индустрии/ А.И. Калинина / Системный администратор, 2018. - №9 (190). – С.73-79.
2. Стандарт CTA-2069 Definitions and Characteristics of Augmented and Virtual Reality Technologies/ Consumer Technology Association Standard, May 2018.
3. John Daniel Backstrom Mixed Reality, Hype or Major Innovation?/ Arcada, 2016, No.of Pages 82.
4. Интернет-ресурс – https://bit.ly/2XukaW1 (дата обращения: 19.05.2019).
5. Бабенко В.С. Виртуальная реальность: Толковый словарь терминов/ В.С. Бабенко; ГУАП. – СПб., 2006. – 87 с.
6. Интернет-ресурс – http://robot.bmstu.ru/files/GOST/gost_2.101-68.pdf (дата обращения: 19.05.2019)
7. Интернет-ресурс – http://www.arcada.com.ua/infot/free/gost/2.103-68.pdf (дата обращения: 13.03.2019)
8. Paul Lee, Stephen Mercer Mixed Reality: Experiences Get More Intuitive, Immersive, and Empowering/ Deloitte University Press, 2017, No. of Pages 63.