ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ ДОПОЛНЕННОЙ РЕАЛЬНОСТИ

В эпоху массовой компьютеризации при непрестанно растущем репертуаре информационно-коммуникативных услуг, как правило, именно технологические новации формируют новые тренды в развитии киберпротезированной культуры глобального постмодерна. Так что на сегодняшний день можно смело говорить об устаревании традиционных оконных интерфейсов, которые управляются с помощью клавиатуры и компьютерной мыши, которые доминируют в этой сфере уже более 30 лет.  Столь скорое развитие интерактивных мультимедиа-систем требует появления новейших интерфейсов взаимодействия человека и компьютера: они не используют привычные графические меню и формы, а опираются на сугубо человеческие способы взаимодействия - вместо традиционных средств управления используются обучающие примеры, жесты, человеческая речь [1].

Ярчайшим примером качественно новых интерфейсов человеко-компьютерного взаимодействия является технология, получившая название «дополненная реальность» (от англ. augmented reality, AR – расширенная реальность) - это результат введения в поле восприятия любых сенсорных данных с целью дополнения сведений об окружении и улучшения восприятия информации [2].

Рисунок 1. Определение дополненной реальности согласно П. Милгрому

Главная задача дополненной реальности – добавить контекстную информацию и значения для реального объекта или места. В отличие от виртуальной реальности, здесь не создаётся симуляция реальности. Вместо этого берётся реальный объект или место в качестве подложки и поверх надстраивается технология, которая позволяет добавить контекстные данные для того, чтобы расширить представления и знания пользователя об объекте.

Первоначальная концепция дополненной реальности представляла собой тактическое средство для усиления интерактивного быстродействия. Данная технология активно развивалась на базе Колумбийского и Южно-Калифорнийского университетов в США в рамках исследовательских проектов Lifeplus и MARS (Mobile Augmented Reality Systems). По мере совершенствования систем, способных производить в режиме реального времени наложение цифровых данных на изображение в камерах тех или иных мобильных устройств, благодаря встроенным в них специальным программам, началась активная адаптация дополненной реальности к социуму.

В настоящий момент происходит массовое внедрение в социум различных программ и проектов, чьей основой является технология дополненной реальности (англ. augmented reality, AR). Безграничность сфер применения: от компьютерных игр, маркетинга, рекламы, туризма, выставок, музеев, журнального бизнеса до медицины и педагогики; расширение возможностей восприятия при применении стандартного оборудования - ПК и периферийных устройств, заставляют приверженцев компьютерной новации говорить о приближении нового качественного скачка в развитии современной цивилизации, соизмеримого с открытием сети Интернет.

Следует отметить особо важную роль технологии дополненной реальности в области образования. При её использовании появляется возможность создания совершенно новых интерактивных методических пособий, учебных материалов, лабораторных стендов. Применение технологии дополненной реальности позволяет визуализировать любой термин или понятие, детально рассмотреть, что является в данном случае существенным, изучить все объекты реального мира. Например, глядя на плоскую (напечатанную) геофизическую карту поверхности, мы можем видеть тот же регион, но уже объемно и текстурированно, с наличием характерных для данной области объектов [1].

Первым этапом в работе с дополненной реальностью является формирование запроса пользователем и его последующее распознавание устройством взаимодействия, которое впоследствии отправляет информацию в системы рендеринга (визуализации). Устройство визуализации в свою очередь накладывает изображение с переработанным контентом и информацией. Полный процесс обработки дополненной реальности включает в себя 5 шагов:

1. Сбор изображения - на этом этапе в программу загружается изображение или видео-отрывок с оборудования пользователя, которое может быть представлено персональным компьютером, планшетом или смартфоном;

2. Выбор свойств – система анализирует полученное изображение или каждый кадр видео-отрывка, и на нём в зависимости от способа трекинга (отслеживания) «закрепляются» виртуальные объекты;

3. Поиск совпадения по свойствам - в базе данных системы производится поиск похожего виртуального объекта;

4. Верификация объекта – происходит проверка подлинности и совпадения этих двух объектов, к примеру, с помощью популярной на сегодняшний день геометрической верификации;

5. Предоставление полученной информации пользователю и её отображение в системе визуализации - после получения ответа пользователь вправе произвести запрос уточняющей информации об объекте или, в случае успеха, продолжить сканирование другого реального окружения [2].

Рисунок 2. Схема последовательности работы дополненной реальности

На сегодняшний день широкому кругу пользователей доступны лишь несколько пилотных проектов, так как воплощение программ и приложений с использованием технологии дополненной реальности – это крайне сложная работа, которая должна быть индивидуальной для каждой сферы применения. Существуют разрозненные библиотеки для производства ограниченного количества эффектов, но массового распространения они пока не получили из-за крайней трудоемкости. Поэтому при синтезировании дополненной реальности нужно учитывать ряд особых критериев:

• Относительно небольшие затраты на создание приложений для широкого применения – перед разработчиками стоит острая необходимость в снижении стоимости разработки элементов технологии дополненной реальности. Например, возможно использование стандартных серийных устройств, таких как стандартные Web-камеры, стандартные ПК, стандартные дисплеи невысокого разрешения;
• Правдоподобное расположение виртуальных объектов -  виртуальный объект должен так себя вести, чтобы человеку казалось, что объект дополненной реальности является частью реально наблюдаемой сцены. Визуальные данные необходимо обновлять не менее 15 раз в секунду, для особой реалистичности - не менее 30. Любые задержки в позиционировании и реакции виртуального объекта очень заметны и выделяют его на общем фоне;
• Правдоподобная передача не только визуального ощущения, но и другого, например, тактильного. Для этого вполне можно воспользоваться термином WYSIWYF (what you see is what you feel - что вы видите, то и чувствуете). Человек должен ощущать наличие или поверхность виртуального объекта в том же месте и в то же время в соответствии с получаемыми им визуальными данными;
• Виртуальные и реальные объекты визуально должны быть неотличимы - визуальные перекрытия виртуальных и реальных объектов должны происходить корректно. Это является одним из наиболее сложно реализуемых условий. Ведь система не может знать, куда смотрит пользователь, какие именно объекты он видит, какие геометрические характеристики они имеют. Соответственно, не зная геометрических характеристик и расстояний между реальными объектами, невозможно однозначно и правильно расположить в пространстве реальные и виртуальные объекты;
• Виртуальные объекты должны обладать физикой реального мира - в первую очередь это связано с ситуациями смоделированного столкновения и другого взаимодействия реальных и виртуальных объектов;
• Свободное перемещение в дополненном пространстве - не должно быть каких-либо механических ограничений;
• Система должна быть понятной в настройке и запуске. Для определения положения наблюдателя, зачастую системы дополненной реальности нуждаются в определенной калибровке камеры, наблюдающей реальную сцену. Процесс калибровки сложен, особенно для камер с фиксированным фокусным расстоянием. Стандартные web-камеры обычно не меняют фокусное расстояние («зум»), а если и меняют, то только на этапе обработки уже полученного изображения [1].

Необходимо отметить, что уже сегодня существуют разработки переносных систем с нательной электроникой – это начальный этап создания интерфейсов со смешанной реальностью. Целенаправленное стирание различий между цифровым и естественным мирами в AR-технологиях последующих поколений сделает возможным существование чисто виртуального интерфейса, что потребует от граждан будущего абсолютно мобильного и полностью транспарентного мира такой ответственности и бдительности, которые сейчас трудно представить.

Список литературы:

1. Горбунов А.Л., Нечаев Е.Е., Теренци Г. Дополненная реальность в авиации // Прикладная информатика. – М.: Компьютерная газета – 2012. – № 4 (40).
2. Савицкая Т. Дополненная реальность http://www.intelros.ru/subject/figures/ tatyana-savickaya/23648-dopolnennaya-realnost.html