Дополненная реальность
Практическое применение Дополненной реальностью называют среду с прямым или косвенным дополнением физического вида цифровыми данными в режиме реального времени при помощи различных компьютерных устройств, а также программного обеспечения к ним. Данная технология может служить не только для дополнения окружающего мира объектами виртуального характера, но и тем, что станет с этими объектами, как они могут взаимодействовать с реальными объектами.
Тем не менее, на сегодняшний день почти все решения на основе дополненной реальности выполняют функцию дополнения мира в режиме реального времени. Как и для любой другой технология здесь требуется специальное устройство ступающее, выступающие в роли проводника между цифровым и реальным миром. 8 Данная технология имеет безграничные возможности и готова для использования практически в любой сфере деятельности современного человека. Существует множество классификаций приложений дополненной реальности. Например, классификация по взаимодействию с информацией. Речь идет о генерации или изменении входных и выходных данных.
Существует и классификация по сфера применения - это может быть коммерция, образование, здравоохранения и другие. Так же, дополненная реальность может классифицироваться по типу входных данных - технология может считывать движение реального объекта, определять его геопозицию, записывать и обрабатывать голос и другие звуки. В первую очередь, для создания дополненной реальности требуется различная электроника, определяющие положение и камера. Современный сенсорный смартфон обладает необходимым комплектом для того, чтобы владелец устройства смог работать с технологией дополненной реальности. Одним из самых популярных примеров дополненной реальности в современном мире может послужить ориентировка на неизвестное территории. Пользователь, находясь в незнакомом городе или местности, может легко воспользоваться приложением дополненной реальности. В подобных приложениях есть фильтрация по категории, позволяющая найти именно то, что необходимо в данный момент.
Например, здание, улицу или какую-нибудь достопримечательность. Подобные программы ошибаются очень редко, так как устройство автоматически настраиваться на положение пользователя, соответственно данные мы всегда верны и понятны. Но навигация не единственная область применения дополненной реальности. Эта технология активно также используется других сферах людей. Для правильной работы данной технологии необходимо соблюсти ряд важных условий. Для того, чтобы элементы технологии дополненной реальности можно было применять в распространенных приложениях, стоимость разработки таких элементов, нужно значимо уменьшать. Одним из путей понижения стоимости является использование стандартных серийно производимых устройств. Например, типовых веб камер, стандартных компьютеров или обыкновенных дисплеев.
Иначе подобная технология не сможет работать с другими программами. Также немало важно настроить дополненную реальность так. чтобы человек правильно воспринимал наличии несуществующего объекта в той же точке, где он находится в тот же момент времени, в соответствии с 9 получаемой информацией. Визуально реальные и цифровые объекты должны быть неотличимы. Таким образом фотореалистичное отображение виртуальных предметов является неотъемлемым и одним из главных требований дополненной реальности. Визуальное совмещение существующих и виртуальных объектов должно происходить корректно, иначе пользователь ничего не поймет или может неправильно сориентироваться. Это требование по сути является одним из наиболее труднореализуемых условий, так как невозможно точно просчитать куда и в какой момент попадет пользователь и в какой ситуации ему пригодится данная технология, на какие объекты он будет смотреть и какие геометрические характеристики они будут иметь.
Это приведет к тому, что технология дополненной реальности не сможет однозначно правильно разместить пространстве виртуальные объекты. Цифровые объекты, в какой бы точке пользователь их не разместил, обязаны воспроизводиться так, чтобы у человека формировалось впечатление, что этот объект является частью реально существующей картины, которая у него перед глазами. Информация на экране должна обновляться как минимум 20 раз в секунду, однако, для более четкого и желательного результата этот показатель нужно поднять до 30 раз. Любые задержки в программном коде будут сразу заметны и будут выделяться на общем фоне, что опять же приведет к дезориентации пользователя. Также в подобных предложениях необходимо прописать и законы физики реального мира. В первую очередь это взаимодействие двух или более объектов - виртуальных и реальных. Цифровые модели могут по разному взаимодействовать с тем или иным физическим объектом. Человек может передвигаться, как ему угодно в пространстве и технология дополненной реальности должна обеспечивать такую же возможность перемещения в пространстве без каких либо ограничений и задержек.
Система работы дополненной реальности. Самые простые приложения дополненной реальности это картинки, наложенные на видео, воспроизводимое на вашем устройстве в реальном времени. На первый взгляд, все кажется не так уж сложно, но на практике же разработка дополненной реальности включает в себя создание специального алгоритма, позволяющего привязать к настоящим вещам цифровые модели, дабы создать иллюзию того, что последние действительно существуют в физическом обличии и оказывают воздействие на окружающий мир. 10 Общая схема создания дополненной реальности в большинстве случаев такова: имеется устройство, которое считывает или снимает изображение реального объекта. Программное обеспечение устройства проводит анализ и идентификацию полученного изображения, выбирает и вычисляет соответствующее изображению видимое цифровое дополнение, объединяет реальное изображение с полученным объектом и выводит итог на экран устройства, так и получается дополненная реальность. Например, при наведении камеры на изображение какого либо товара, устройство должно выдать объёмное изображений этого самого товара, чтобы покупатель смог осмотреть его со всех сторон перед покупкой, не посещая магазин. Наглядно это показано на Рис.3.
Рис.3.Общая схема работы дополненной реальности
Для того, чтобы правильно совмещать виртуальные объекты на плоскости, необходимо, чтобы устройство верно рассчитала относительные положения реальных объектов и проанализировала всю реальную сцену в целом. Эта задача одна из непростых, так как реальные объекты заблаговременно могут быть не определены и верных результатов устройство не выдаст. Чаще всего, чтобы избежать подобных ошибок, используется специальный маркер, представляющий собой высококонтрастное изображение, заранее заданное разработчиком. Маркером может послужить не только картинка, но и любой графический объект, даже текст или видео. Чаще всего маркеры являются черно-белым изображением, состоящим из простейших геометрических фигур с высокой контрастностью. Это нужно для облегчения процедуры распознавания. Как только система распознает полученную информацию о маркере, ей становится проще ориентироваться в пространстве. Это поможет избежать ошибок в дополнении визуального окружения. На сегодняшний день разработан алгоритм распознавания трехмерного маркера с 6 степенями свободы, с 3 поступательными и 3 вращательными движениями.
На основе видеоизображения маркера, его отслеживания, алгоритм определяет смещение маркера в пространстве, изменение углов наклона относительно горизонта и относительного перпендикуляра к плоскости наблюдения. Алгоритм строится в трехмерном пространстве на стандартных аффинных преобразованиях. Изображение маркера необходимо заранее задать системе. Разработчик старается подбирать маркер так, чтобы система распознала его сразу и не спутала ни с каким другим объектам.
Для улучшения эффекта распознавания, можно использовать два или более маркеров. Система должна не только распознать маркер, но и вычислите угол его наклона относительно плоскости наблюдения. Наблюдая за изменением углов, устройство можем определить его вращение, а вычислив точку нахождения проекции маркера и изменении его размера, мы можем получить информацию о поступательных движениях. Уже на данном этапе эту технологию пытается развить, поставить перед собой более сложную цель. В качестве маркера хотят использовать человека, но не только пропорции его тело, но и распознавания жестов. В основном, дополненную реальность можно разделить на два вида. Первым можно назвать очки, которые дополняют физическую картину с помощью проектирования информации на стекла. Второй вид это смартфон с камерой, на который будет загружена программа дополненной реальности. Все результаты дополненной реальности пользователь сможет увидеть на экране устройства. Оба вида могут работать как с использованием специальных маркеров, так и без них. В данной работе. наше приложение дополненной реальности работает без маркеров. Такая система имеет название «безмаркерная».
При запуске камеры на устройстве, запускается алгоритм поиска плоской поверхности. Программа анализирует окружающий ландшафт, находит плоскость и с помощью специальных опорных точек, образующих 12 опорную сетку, показывает пользователю, в каких точках пространства он может вместить виртуальную модель. Главным достоинством такого подхода является не привязанность к определенному маркеру, то есть пользователю не нужно все время носить его с собой иди где-то искать, чтобы запустить приложение. Он может сделать это в любое время, когда ему удобно. Маркерами послужат объекты реального мира и специальный визуальный идентификатор не нужно закладывать в программу. Но также имеется большой минус.
Поскольку данный алгоритм опирается на освещении поверхности, то за очень яркие плоскости не может зацепиться и не воспринимает их как поверхность, на которой можно поставить виртуальный объект. В связи с этим приходится искать более темные места. После определения поверхности пользователю необходимо будет выбрать точку в пространстве, на которую спроектируется виртуальная модель и на экране устройства появятся объект, дополненной реальности. Выбранное точка будет служить якорем для модели в пространстве. Это необходимо для того, чтобы модель самопроизвольно не перемещалась пока того не захочет пользователь, независимо от поворота камеры и перемещение на экране.