22 март 2019
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Говорят медиците
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Разширена vs. виртуална реалност

Ако към сивото ни ежедневие се добавят компютърно създадени образи, ще се получи съвсем нов и различен свят!

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 27 септември 2015 в 08:5744350

"Очилата светнаха. Кейси видя вътрешната страница на ръководството, изобразена на вътрешната повърхност на лещата. Тя не разбираше добре как действа технологията – очилата се намираха на два сантиметра от стъклото, а образът висеше във въздуха на половин метър от лицето й. Самата страница изглеждаше почти прозрачна. Кейси прекрасно виждаше и разположените зад нея предмети".

Това е откъс от романа "Въздушна клопка" (Airframe) на американския фантаст и създател на технотрилъра Майкъл Крайтън, който го издаде през 1996 г.

"Корман обичаше да казва, че от виртуалната реалност може да се извлече само виртуална полза. Ръцете на човек, който се занимава с машини, често са оплескани с масло или заети с инструменти и детайли, и той няма време и възможност да разлиства дебели справочници. Ако се намираш на десетметрова височина, ремонтирайки реактивен двигател, едва ли ще ти дойде наум да носиш със себе си тлъсти томове.“ Идеалното решение в такъв случай биха били очила, чрез които човек да вижда само това, което му е необходимо, без да напуска реалния свят. И ако сте чели романа, помните, че Корман създаде "виртуални очила" от специален тип (вж. първия абзац), чрез който не се губи визуален контакт с външния свят, а просто се добавят към него липсващи елементи.

На изложението за компютърни технологии CeBIT 2006 голям интерес предизвика щандът на германския Фраунхоферов институт по техническа и икономическа математика (Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik). Причината – там можеше да се запознаем с друг вид изкуствена реалност – разширена, обогатена или на английски Augmented Reality (AR). Големи очила, свързани с компютър, на който се изпълнява съответна програма, се слагахя пред очите на доброволците.

Виртуална и разширена

Термина Augmented Reality въвел Том Кодуел (днес професор в Университета на Ню Мексико) през 1990 г. Наблюдавайки производствения процес в завод на "Боинг", той забелязал как работниците правят бордовата електроинсталация с помощта на шперплатови дъски, по които имало означения с карфици и цветни маркировки. Той предложил за тази дейност да се използват малки преносими екрани, закрепени на главата. Първото предложено приложение на допълнената реалност било производствено, а не игрово.

През 1994 г. професор Пол Милграм (Paul Milgram) от Университета в Торонто, индустриален инженер, и професорът от Университета в Осака Фумио Кишино (Fumio Kishino) описали т. н. континуум реалност-виртуалност (Reality-Virtuality Continuum). Те го определили като гранично пространство между реалното и виртуалното, където е разположената разширената, или допълнената реалност (тя е по-близо до материалната среда) и допълнената виртуалност (по-близо до цифровата среда).



Виртуалната и разширената реалност често се бъркат. Какви са разликите?

Според двамата автори, виртуалната реалност е цифров свят, създаден технически, и възприятието за него се предава на човека чрез сетива като зрение, слух, осезание и т. н. Физическите способности на реалния човек допълват света на виртуалната реалност. При тази технология човек най-често надява шлем с вграден малък екран, положението на главата се следи чрез монтирани в шлема датчици, а това на ръцете – чрез сензорни ръкавици. Такъв подход позволява човек да се "гмурне" в свят, напълно компютърно създаден. Този метод прекрасно подхожда за всевъзможни компютърни игри и симулатори, в дома и в лунапарка, но извън тези области приложението му е доста ограничено.

Разширената или обогатена реалност използва само няколко виртуални информационни елемента, които се "смесват" с изображението от действителния свят. Затова разширената реалност понякога се отнася към смесената (mixed reality). В AR за околния свят следи видеокамера, чието изображение след компютърна обработка се извежда на също екрана или очилата. Компютърът може да разпознава предмети или специални белези и да ,,отбелязва“ в живото видео допълнителни изображения. При това виртуалната част не е статична, тя е свързана с изображението на околния свят, който компютърът постоянно следи чрез сигнала от видеокамерата.

Друга разновидност на разширената реалност предлага полупрозрачни очила, чрез които потребителят наблюдава действителния свят. При този вариант виртуалното изображение се проектира на очилата чрез проектор. Тук видеокамерата играе ролята на датчик за положение – тя снима в това направление, накъдето гледа потребителят, и по този начин помага на компютъра да синхронизира реалното и виртуалното изображение.

Екраните за виртуална/разширена реалност, които се монтират на главата на потребителя, могат да бъдат следните три вида:
- напълно непрозрачни
- споменатите полупрозрачни
- с поддръжка на видео

Напълно непрозрачните блокират всеки сигнал от външния свят и осигуряват потапяне в компютърно създадената виртуална реалност.

Полупрозрачните са по-подходящи за разширената реалност, защото позволяват вмъкване на допълнителни цифрови изображения в предоставяното реално изображение. Да се предаде разширена реалност по идеален начин с полупрозрачни екрани е сериозно предизвикателство заради нуждата от изключително точна синхронизация на цифровото изображение с предаваното изображение. По-нататък ще видим как се справя с тази задача съвременната технология.

Що се отнася до видеоекраните за глава, те също се считат подходящи за предаване на разширена реалност, макар че със своите предимства и недостатъци попадат по-скоро на границата между разширена и виртуална реалност и са по-подходящи за втората – някои игрови конзоли вече се предлагат с такива очила в комплекта.

Типичен екран за VR и AR, подобен на очила и монтиращ се на главата

Друг вид екрани за разширена реалност са стационарните. Те пресъздават звук и картина посредством повърхнини, спрямо които човешката глава е свободно подвижна. При това те могат да имат най-разнообразни форми, вариращи от обикновен монитор (известен днес като "аквариумен тип визуализатор") до концепцията CAVE, напълно обгръщаща потребителя. Обикновено в качеството им на екрани се използват плоски повърхнини, но това не е задължително - репродуктори могат да бъдат широк клас от добре дефинирани повърхнини. Проследяването на положението на главата е важно при стационарните системи, макар изискванията по отношение на прецизността и латентността в този случай да са чувствително по-малко критични в сравнение със случая на шлемовете (системите за глава). Стационарните системи от висок клас с множество проектори и повърхнини-репродуктори могат да бъдат изумително завладяващи... но и не по-малко скъпи.

По степен на реалистичност стационарните системи заемат междинно място сред разширената и виртуалната реалност. Обикновено се цели в този спектакъл единствената свързана с действителността, истинска роля, да бъде тази на самия потребител. Около потребителите всестранно се разполагат стереоскопични изображения с перспектива - по пода, тавана и стените. При това, последните позволяват взаимодействие с тях. По такъв начин потребителят се чувства участник в реалистичен виртуален свят. Системата вдясно разполага с подвижни стени, така щото на екрана могат да бъдат придадени различни форми, като например плоска (стена) или L-образна.


Схематично изображение на CAVE и илюстрация на екран от типа CAVE

Принцип на работа

На теория схемата за разширена реалност изглежда проста, но в действителност е доста сложна. Компютърът трябва в реално време да извърши следните операции. Да намери в кадъра белег-маркер, който да обозначи необходимостта от вмъкване на допълнителен обект в изображението. Да разпознае маркера, за да разбере с какъв точно обект във получаваното изображение той е свързан. Също така, да определи точно положението на маркера спрямо ползвателя.
След получаването на тази информация и обработката й програмата изработва съответен триизмерен образ и го влага в изображението, проектирано на екрана. Ако последното условие в горния абзац е спазено, триизмерният виртуален обект е правилно разположен по отношение на реалния белег-маркер и взаимодейства с него в пространството по зададени правила – например, ако в действителност маркерът е напечатан на страница, когато потребителят я размърда, съответният триизмерен обект също ще се размести. В качеството на маркер може да влиза абсолютно всеки предмет или изображение, но с цел опростяване на разпознаването на белега обикновено се предпочита контрастен и лесно различим обект.

Приложение

Независимо от бързия напредък в областта на електроноизчислителната техника, системи за разширена реалност доскоро можеха да се видят само в лабораториите и по научните изложения. Вече обаче е голямо приложението на AR и в монтажните процеси в промишлеността, използвано от компании като авиационния гигант EADS (Airbus Group) и Siemens. По този начин работниците допускат по-малко грешки при монтажа на дребни детайли и се намалява ролята на човешкия фактор. Например, в AR работникът, който монтира двигател, хвърля заключителен поглед на двигателния отсек, компютърът разпознава всички обекти под капака и проверява няма ли нещо забравено – например инструмент.

От няколко години автомобилният гигант BMW предлага в по-висшите си модели т. н. Head-Up дисплей. Той проектира важната информация за пътуването директно в зрителното поле на водача. Така той възприема информацията до 50 процента по-бързо, а вниманието му остава насочено върху пътя.

Техническата база на BMW Head-Up дисплея е проектор, монтиран в горната част на арматурното табло, който чрез система от огледала създава цветно изображение с висока резолюция и широк формат върху предното стъкло, което се разчита добре, независимо от светлинните условия. Проектираното изображение сякаш се носи на разстояние 2 метра пред предния ръб на капака на двигателя. Преимуществото: при фокусиране очите на водача не трябва да се адаптират към близки и далечни обекти.

Тази технология е от малкото, започнали развитието си от военната техника и проправили си път до серийните коли. Първоначално, идеята е предизвикана от нуждите на военните пилоти, които имат нужда от технология, позволяваща им да се прицелват, без да навеждат глава към кокпита и да се разсейват.

Един от проблемите на технологията е промишленото изпълнение на самите модули, предназначени за монтаж на главата – обикновено те са доста крехки и уязвими и не са пригодни за използване във всички аспекти на промишлеността.

В търговията AR също намира приложение. През 2014 г. международната мебелна верига ИКЕА пусна каталог, който се разпространяваше като мобилно приложение за смартфон или таблет. Камерата на устройството даваше на потребителите достъп до режима на AR. Потребителят трябваше да постави хартиения каталога на мястото, където желае да бъде новата мебел, камерата я снимаше от страница и режимът на разширена реалност позволяваше продуктът да бъде виртуално "поставен" на избраното място, гледано през камерата. По този начин потребителят получаваше вярна представа как ще се впише новата вещ в отделеното й пространство.

Подобна функционалност предлагат и други компании, стига само да разчетете със смартфона си QR кода, отпечатан върху хартиено издание.

На немалко компютърни изложения са демонстрирани образци на очила за разширена реалност, които са моноблок във вид на старовремски лорнет – камера, дисплей и миниатюрен изчислителен оперативен модул. Четейки с такъв лорнет книга със специални белег-маркери, може да се допълни прочетеното с допълнителни триизмерни илюстрации, а на хартиена географска карта – да се видят ,,подробности от пейзажа“ в триизмерен формат. Туристи могат да разгледат, да речем, Колизея в неговия първоначален вид или просто да прочетат допълнителна информация за архитектурен шедьовър. Разбира се, голямо е приложението на разширената реалност и при компютърните игри.

На приложението на разширената реалност в медицината се възлагат много надежди. Някои научни групи разработват оборудване и методи, които да позволят на хирурзите да се ориентират по-добре по време на операция. За тази цел вътрешните органи се моделират по данни, получени от различни диагностични методи (компютърна томография, магнитно-резонансна томография, ултразвуково изследване...), а след това съответните триизмерни образи се вмъкват в изображението, което вижда хирургът. Такава технология може значително да свижи риска при провеждане на абдоминални операции и да ги направи по-точни.

И още нещо

Светът е интерактивен – според вида си взаимодейства с потребителя чрез датчици на положението в пространството, разположени в шлема на главата, на ръкавиците (за ръцете) и т. н. Събитията в реалния свят не оказват на виртуалния никакво влияние – разбира се, ако това не е заложено в програмата.
Съществува и обратно понятие – обогатена виртуалност (Augmented Virtuality) – това е внасяне във виртуалната реалност на някои елементи от реалния свят. Пример за това е компютърна игра, в която светът е виртуален, а героите имат облика на реални потребители.

Смесената реалност (Mixed Reality) е всичко, което се намира на границата между реалния и виртуалния свят, тоест и разширената реалност, и разширената виртуалност, и различните им комбинации.

Антон Оруш, Sandacite.net

Източници:
Augmented Reality vs. Virtual Reality: What are the differences and similarities? 
BMW Head-Up Display 
IKEA catalog uses augmented reality to give a virtual preview of furniture in a room
Обогащая реальность: Технология AG (Augmented Reality)


Препоръчани материали

Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Компютри
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.