Co to jest rzeczywistość rozszerzona

W ciągu ostatnich kilku lat nastąpił gwałtowny rozwój rzeczywistości rozszerzonej i rzeczywistości wirtualnej. Technologie te pomagają światu zrozumieć złożone rzeczy, czyniąc wizualizację łatwiejszą i skuteczniejszą. Ułatwiają wizualizację obiektu w 3 wymiarach, co nie tylko tworzy wirtualny obraz wyimaginowanych obiektów, ale także buduje trójwymiarowe obrazy rzeczywistych obiektów.

Pierwszy eksperyment z wirtualną rzeczywistością w ludzkości został przeprowadzony przez Sutherlanda w 1968 roku. Wykonał on ogromny, mechanicznie zamontowany wyświetlacz głowy, który był bardzo ciężki i nazwany „Mieczem Damoklesa”. Szkic tego samego znajduje się poniżej.

Termin „rzeczywistość rozszerzona” został wymyślony przez dwóch badaczy Boeinga w 1992 roku. Chcą analizować części samolotu bez ich demontażu.

Google uruchomił już ARCore, który pomaga w tworzeniu treści AR na smartfonach. Wiele smartfonów obsługuje ARcore i wystarczy pobrać aplikację AR, aby korzystać z niej bez żadnych innych wymagań. Listę smartfonów obsługujących technologię AR znajdziesz tutaj.

Zanurzmy się w świat AR i VR, poznając te technologie i różnice między nimi.

Czym jest rzeczywistość rozszerzona i czym różni się od rzeczywistości wirtualnej?

Rzeczywistość rozszerzona to bezpośredni lub pośredni podgląd na żywo rzeczywistego świata fizycznego, w którym obiekty generowane komputerowo są umieszczane przy użyciu przetwarzania obrazu. Słowo „rozszerzenie” oznacza powiększanie rzeczy poprzez dodawanie innych rzeczy. AR przenosi komputery do rzeczywistego świata, umożliwiając interakcję z cyfrowymi obiektami i informacjami w Twoim środowisku.

W rzeczywistości wirtualnej tworzone jest symulowane środowisko, w którym użytkownik jest umieszczany wewnątrz doświadczenia. Tak więc VR przenosi Cię w nowe doświadczenie i dlatego nie musisz tam dotrzeć, aby zobaczyć miejsce, czujesz, jak to jest być. Oculus Rift czy Google Cardboard to tylko kilka przykładów VR.

Rzeczywistość mieszana to połączenie zarówno rzeczywistości rozszerzonej, jak i wirtualnej, w którym można stworzyć wirtualne środowisko i rozszerzyć do niego inne obiekty.

Możesz zobaczyć różnicę między tymi technologiami, po prostu obserwując powyższy obraz i definicje.

Najważniejsza różnica tkwi w samym sprzęcie. Aby doświadczyć rzeczywistości wirtualnej, potrzebujesz zestawu słuchawkowego, który można zasilać przez smartfon lub podłączyć przez wysokiej klasy komputer. Te zestawy słuchawkowe wymagają wyświetlaczy zasilania z niskim opóźnieniem, abyśmy mogli płynnie obserwować wirtualny świat bez pomijania jednej klatki. Chociaż technologia AR nie wymaga żadnego zestawu słuchawkowego, możesz po prostu użyć aparatu w telefonie i zbliżyć go do określonych obiektów, aby w dowolnym momencie doświadczyć AR bez zestawu słuchawkowego.

Oprócz używania smartfona do AR, możesz używać samodzielnych inteligentnych okularów, takich jak Microsoft Hololens. Hololens to wysokowydajne inteligentne szkło, które ma wbudowane różne typy czujników i kamer. Jest specjalnie zaprojektowany do korzystania z AR.

Zastosuj Augmented Reality

Chociaż AR to młode medium i jest już używane w wielu różnych sektorach. W tej sekcji przyjrzymy się kilku najpopularniejszym zastosowaniom AR.

1. AR dla sklepów i handlu detalicznego: Sektor ten wykorzystuje technologię AR bardzo intensywnie. Dzięki AR możesz spróbować oglądać, ubrania, makijaż, okulary itp. Lenskart, platforma internetowa do kupowania okularów, wykorzystuje AR, aby dać Ci prawdziwy wygląd. Meble są również najlepszym przykładem zastosowania AR. Możesz skierować kamerę na dowolną część domu / biura, do której chcesz kupić meble, pokaże ona najlepszy możliwy widok w 3D z dokładnymi wymiarami.

2. AR for Business: Profesjonalne organizacje również korzystające z AR, która umożliwia interakcję z produktami i usługami. Sprzedawcy detaliczni mogą zapewnić klientom nowe sposoby interakcji z produktami, a reklamodawcy mogą dotrzeć do konsumentów za pomocą wciągających kampanii. Magazyny mogą tworzyć pomocne nawigacje i instrukcje dla pracowników. Firmy architektoniczne mogą wyświetlać projekty w przestrzeni 3D.

3. AR dla mediów społecznościowych: Wiele platform mediów społecznościowych, takich jak Snapchat, Facebook, używa AR do umieszczania różnych typów filtrów. AR manipuluje twoimi twarzami cyfrowo i sprawia, że ​​twoje zdjęcia są bardziej interesujące i zabawne.

4. AR w grach: W 2016 roku Pokemon Go staje się pierwszą wirusową grą AR. To było tak ciekawe i prawdziwe, że ludzie uzależnili się od tej gry. Obecnie wiele firm zajmujących się grami używa AR, aby postacie były bardziej angażujące i interaktywne z użytkownikiem.

5. AR w edukacji: Nauczanie złożonych tematów przy pomocy AR jest jedną z jego możliwości. Firma Google uruchomiła edukacyjną aplikację AR o nazwie Ekspedycje AR, która ma pomóc nauczycielom pokazywać uczniom za pomocą elementów wizualnych AR. Poniższa grafika AR pokazuje, jak zachodzi erupcja wulkanu.

6. AR for Healthcare: AR jest używany w szpitalach, aby pomóc lekarzom i pielęgniarkom w planowaniu i przeprowadzaniu operacji. Interaktywne trójwymiarowe wizualizacje, takie jak w rzeczywistości rozszerzonej, oferują tym lekarzom znacznie więcej w porównaniu z dwuwymiarowymi. Dlatego AR może prowadzić chirurgów przez złożone operacje krok po kroku i może w przyszłości zastąpić tradycyjne wykresy.

7. AR dla organizacji non-profit: AR może być używany przez organizacje non-profit, aby zachęcić do głębszego zaangażowania w krytyczne kwestie i pomóc w budowaniu tożsamości marki. Na przykład organizacja chce szerzyć wiedzę na temat globalnego ocieplenia, a następnie może przedstawić prezentację na temat jego skutków, używając interaktywnych obiektów AR do edukacji ludzi.

Wymagania sprzętowe dla rzeczywistości rozszerzonej

Podstawa każdej technologii zaczyna się od jej sprzętu. Jak opisano powyżej, AR możemy doświadczyć na smartfonie lub samodzielnych inteligentnych okularach. Urządzenia te zawierają wiele różnych czujników, dzięki którym można śledzić otoczenie użytkownika.

Czujniki takie jak akcelerometr, żyroskop, magnetometr, kamera, detekcja światła itp. Odgrywają bardzo ważną rolę w AR. Zobaczmy znaczenie i rolę tych czujników w AR.

Czujniki śledzenia ruchu w rzeczywistości rozszerzonej

1. Akcelerometr: ten czujnik mierzy przyspieszenie, które może być statyczne, jak grawitacja, lub dynamiczne, jak wibracje. Innymi słowy, mierzy zmianę prędkości w jednostce czasu. Ten czujnik pomaga urządzeniu AR w śledzeniu zmiany ruchu.
2. Żyroskop: Żyroskop mierzy prędkość kątową lub orientację / nachylenie urządzenia. Kiedy więc przechylasz urządzenie AR, mierzy ono nachylenie i przekazuje je do ARCore, aby obiekty AR odpowiednio zareagowały.
3. Kamera: zapewnia podgląd na żywo otoczenia użytkownika, na który można nakładać obiekty AR. Oprócz samej kamery ARcore wykorzystuje inne technologie, takie jak uczenie maszynowe, złożone przetwarzanie obrazu w celu tworzenia wysokiej jakości obrazów i mapowania za pomocą AR.

Przyjrzyjmy się szczegółowo śledzeniu ruchu.

Śledzenie ruchu w rzeczywistości rozszerzonej

Platformy AR powinny wyczuwać ruch użytkownika. W tym celu platformy te wykorzystują technologie symultanicznej lokalizacji i mapowania (SLAM) oraz współbieżnej odometrii i mapowania (COM). SLAM to proces, dzięki któremu roboty i smartfony rozumieją i analizują otaczający świat i odpowiednio do niego działają. Ten proces wykorzystuje czujniki głębokości, kamery, akcelerometry, żyroskop i czujniki światła.

Współbieżna odometria i mapowanie (COM) może wydawać się skomplikowane, ale w zasadzie ta technologia pomaga smartfonom w lokalizowaniu się w przestrzeni w stosunku do otaczającego świata. Przechwytuje wizualnie odrębne cechy obiektów w środowisku zwane punktami charakterystycznymi. Tymi punktami charakterystycznymi mogą być włącznik światła, krawędź stołu itp. Wszelkie elementy wizualne o wysokim kontraście są zachowywane jako punkty charakterystyczne.

Czujniki śledzenia lokalizacji w AR

1. Magnetometr: ten czujnik służy do pomiaru pola magnetycznego Ziemi. Daje urządzeniu AR prostą orientację związaną z polem magnetycznym Ziemi. Ten czujnik pomaga smartfonowi znaleźć określony kierunek, co umożliwia mu automatyczne obracanie map cyfrowych w zależności od fizycznej orientacji. To urządzenie jest kluczem do aplikacji AR opartych na lokalizacji. Najczęściej stosowanym czujnikiem magnetycznym jest czujnik Halla, za pomocą którego wcześniej zbudowaliśmy środowisko wirtualnej rzeczywistości za pomocą Arduino.
2. GPS: jest to globalny system nawigacji satelitarnej, który dostarcza informacje o geolokalizacji i czasie do odbiornika GPS, tak jak w smartfonie. W przypadku smartfonów obsługujących ARCore to urządzenie pomaga włączyć aplikacje AR oparte na lokalizacji.

Co sprawia, że ​​AR wydaje się prawdziwy?

Istnieje wiele narzędzi i technik, które sprawiają, że AR wydaje się realne i interaktywne.

1. Umieszczanie i pozycjonowanie zasobów: Zasoby to obiekty AR, które są widoczne dla oczu. Aby zachować iluzję rzeczywistości w AR, obiekty cyfrowe muszą zachowywać się w taki sam sposób, jak rzeczywiste. Obiekty te muszą być przyczepione do stałego punktu w danym środowisku. Punkt stały może być czymś betonowym, takim jak podłoga, stół, ściana itp. Lub może znajdować się w powietrzu. Oznacza to, że podczas ruchu aktywa nie powinny być przeskakiwane losowo, powinny być ustalane w określonych punktach.

2. Skala i wielkość zasobów: obiekty AR muszą mieć możliwość skalowania. Na przykład, jeśli zobaczysz zbliżający się samochód, zaczyna się od małego i staje się większy, gdy się zbliża. Ponadto, jeśli widzisz obraz z boku, wygląda on inaczej, gdy jest oglądany z przodu. Tak więc obiekty AR również zachowują się w ten sam sposób i dają wrażenie prawdziwych obiektów.

3. Okluzja: co się dzieje, gdy obraz lub obiekt jest blokowany przez inny - nazywane jest okluzją. Tak więc, kiedy przesuniesz rękę przed oczami, będziesz zaniepokojony, jeśli zobaczysz cokolwiek, gdy twoje oczy są zablokowane przez dłoń. Również obiekty AR powinny przestrzegać tej samej zasady, gdy obiekt AR ukrywa inny obiekt AR, wtedy tylko ten obiekt AR, który znajduje się z przodu, powinien być widoczny przez zasłonięcie drugiego.

4. Oświetlenie zwiększające realizm: Kiedy następuje zmiana oświetlenia otoczenia, obiekt AR musi zareagować na tę zmianę. Na przykład, jeśli drzwi są otwarte lub zamknięte, obiekt AR powinien zmienić kolor, cień i wygląd. Ponadto cień powinien się odpowiednio przesuwać, aby AR wydawał się prawdziwy.

Narzędzia do tworzenia rzeczywistości rozszerzonej

Istnieje kilka platform internetowych i dedykowanego oprogramowania do tworzenia treści AR. Ponieważ Google ma własny ARCore, zapewnia dobre wsparcie początkującym w tworzeniu AR. Poza tym kilka innych programów AR zostało pokrótce opisanych poniżej:

Poly to internetowa biblioteka Google, w której użytkownicy mogą przeglądać, udostępniać i remiksować zasoby 3D. Zasób to model 3D lub scena utworzona za pomocą Tilt Brush, Blocks lub dowolnego programu 3D, który tworzy plik, który można przesłać do Poly. Wiele zasobów jest objętych licencją CC BY, co oznacza, że ​​programiści mogą ich używać w swoich aplikacjach bezpłatnie, o ile twórca ma kredyt.

Tilt Brush umożliwia malowanie w przestrzeni 3D w wirtualnej rzeczywistości. Uwolnij swoją kreatywność za pomocą trójwymiarowych pociągnięć pędzla, gwiazdek, światła, a nawet ognia. Twój pokój to Twoje płótno. Twoja paleta to Twoja wyobraźnia. Możliwości są nieskończone.

Bloki pomagają w tworzeniu obiektów 3D w wirtualnej rzeczywistości, bez względu na doświadczenie w modelowaniu. Korzystając z sześciu prostych narzędzi, możesz ożywić swoje aplikacje.

Unity to wieloplatformowy silnik gier opracowany przez Unity Technologies, który jest używany głównie do tworzenia trójwymiarowych i dwuwymiarowych gier wideo oraz symulacji na komputery, konsole i urządzenia mobilne. Unity stało się popularnym silnikiem gier do tworzenia treści VR i AR.

Sceneform to framework 3D z fizycznym rendererem, zoptymalizowany pod kątem urządzeń mobilnych i ułatwiający programistom Java tworzenie rzeczywistości rozszerzonej.

Ważne terminy używane w AR i VR

1. Kotwice: Jest to punkt zainteresowania zdefiniowany przez użytkownika, w którym umieszczane są obiekty AR. Kotwice są tworzone i aktualizowane w odniesieniu do geometrii (płaszczyzny, punkty itp.)
2. Zasób: dotyczy modelu 3D.
3. Dokument projektowy: przewodnik po doświadczeniach z AR, który zawiera wszystkie zasoby 3D, dźwięki i inne pomysły projektowe, które Twój zespół może wdrożyć.
4. Zrozumienie środowiska : zrozumienie rzeczywistego środowiska poprzez wykrywanie punktów charakterystycznych i płaszczyzn i używanie ich jako punktów odniesienia do mapowania środowiska. Nazywana również świadomością kontekstu.
5. Punkty funkcji: Są to wizualnie odrębne elementy Twojego otoczenia, takie jak krawędź krzesła, włącznik światła na ścianie, róg dywanu lub cokolwiek innego, co prawdopodobnie pozostanie widoczne i konsekwentnie umieszczone w Twoim otoczeniu.
6. Test trafień: służy do pobierania współrzędnych (x, y) odpowiadających ekranowi telefonu (dostarczanych przez stuknięcie lub jakąkolwiek inną interakcję, którą ma obsługiwać aplikacja) i rzutuje promień na widok świata z kamery. Dzięki temu użytkownicy mogą wybierać obiekty w środowisku lub w inny sposób wchodzić z nimi w interakcję.
7. Zanurzenie: poczucie, że obiekty cyfrowe należą do świata rzeczywistego. Przełamanie immersji oznacza, że ​​poczucie realizmu zostało złamane; w AR najczęściej dzieje się tak, gdy obiekt zachowuje się w sposób niezgodny z naszymi oczekiwaniami.
8. Śledzenie wewnątrz na zewnątrz: gdy urządzenie ma wewnętrzne kamery i czujniki do wykrywania ruchu i śledzenia pozycji.
9. Śledzenie na zewnątrz: gdy urządzenie wykorzystuje zewnętrzne kamery lub czujniki do wykrywania ruchu i śledzenia pozycji.
10. Znajdowanie płaszczyzny: proces specyficzny dla smartfonów, za pomocą którego ARCore określa, gdzie w Twoim otoczeniu znajdują się poziome i pionowe powierzchnie i używa tych powierzchni do umieszczania i orientowania obiektów cyfrowych
11. Raycasting : rzutowanie promienia, aby pomóc oszacować, gdzie obiekt AR powinien zostać umieszczony, aby pojawił się na powierzchni świata rzeczywistego w wiarygodny sposób; używane podczas testowania trafień.
12. Doświadczenie użytkownika (UX): proces i podstawowa struktura usprawniania przepływu użytkowników w celu tworzenia produktów o wysokiej użyteczności i dostępności dla użytkowników końcowych.
13. Interfejs użytkownika (UI): wizualizacje aplikacji i wszystko, z czym użytkownik wchodzi w interakcję.