Технологии дополненной реальности
Введение
Технология дополненной реальности с каждым днем становится все более популярной и все чаще используется в различных областях. Эта технология имеет большой потенциал и поэтому она активно развивается.
При взаимодействии с объектами в дополненной реальности на мобильных телефонах или любых других устройствах (ПК или очки дополненной реальности) пользователь смотрит на реальный мир через камеру устройства и при этом изображение дополняется виртуальными объектами, интегрированными в физическое окружение.
Чаще всего взаимодействие с пользователем в таких приложениях ограничивается обычными нажатиями по экрану или с помощью любого другого средства ввода, как и в обычных приложениях. Такое взаимодействие с виртуальными объектами ограничено, например, потому что размер экрана устройства маленький, или громоздкой, ноутбук, и тому подобное. Для устранения этой проблемы нужна реализация альтернативных методов взаимодействия.
Целью написания реферата является исследование дополненной реальности и методов ее построения.
Объектом исследования является дополненная реальность и механизм построения дополненной реальности. Предмет исследования является информационная система с технологией интерактивной визуализации средствами дополненной реальности.
Технология дополненной реальности – новый способ получения доступа к данным, однако влияние этой технологии на общество может оказаться сравнимым с эффектом от появления Интернета.
1. Анализ систем, которые используют дополненную реальность
1.1. Анализ понятия «дополненная реальность»
Дополненная реальность - понятие, описывающее процесс дополнения существующей реальности виртуальным объектами. коммуникация с виртуальной реальностью выполняется в режиме on-line, а для обеспечения необходимого эффекта необходима только вебкамера - изображение с которой будет дополняться виртуальным объектами. По словам исследователя Рональда Азуми [1] дополненную реальность можно определить как систему, которая:
1. Сочетает виртуальное и реальное;
2. Взаимодействует в реальном времени;
3. Работает в 3D.
Термин «дополненная реальность» также используется на русском языке, который является синонимом. Более общий термин «виртуальная реальность» означает создание полностью искусственной среды, которая заменяет человека всей аудиовизуальной информацией, поступающей из внешнего мира. В случае дополненной реальности информация из окружающей действительности частично дополняется виртуальным контентом.
В отличие от виртуальной реальности, расширенный не создает полностью виртуальную среду, а соединяет виртуальные элементы с реальным миром: виртуальные объекты добавляются в реальную среду пользователя, они меняются из-за его действий. «Отец» современных интерфейсов, в AE Sutherland 1968 года указывает, что для этого требуется создание виртуальных инструментов или компонентов, которые контролируются пользователем для проведения определенных экспериментов, проведения экспериментов [7]. Шлем, созданный им для пользования виртуальной и дополненной реальностью, имеет точное название «Дамоклов меч» - из-за большого веса и размеров механизм был установлен постоянно над пользователем..
П. Мильграм и Ф. Кисино в 1994 году описали «континуум реальности-виртуальности» - пространство между реальностью и виртуальностью, между которыми смешанная реальность, состоящая из дополненной реальности - ближе к реальности и расширенной виртуальности - ближе к виртуальности [8].
Определение дополненной реальности также не опиралось на общепринятую работу «Изучения расширенной реальности» Рональда Азумы [9], в которой он сформулировал основные принципы системы с расширенной реальностью:
- сочетание реального и виртуального;
- взаимодействие в режиме реального времени;
- работа с трехмерным пространством.
В более узком смысле дополненная реальность может быть определена как технология интеграции виртуальных объектов в реальный мир.
Мобильные системы дополненной реальности включают приложения для мобильных телефонов. Mobile AR означает использование различных мобильных интерфейсов для взаимодействия пользователей с виртуальными данными, которые дополняют реальный мир. Большинство мобильных устройств теперь оснащены камерами, что делает мобильный телефон одной из самых удобных платформ для внедрения систем дополненной реальности. Кроме того, большинство мобильных телефонов имеют дополнительные встроенные датчики, такие как акселерометры, магнитометры и GPS-приемники, которые могут повысить производительность программы AR.
Системы дополненной реальности можно отличить по степени взаимодействия с пользователем. В некоторых системах пользователь играет пассивную роль, только наблюдая реакцию системы на изменения в окружающей среде. Другие системы требуют активного взаимодействия с пользователем - они могут как управлять работой самой системы для получения результатов, так и изменять виртуальные объекты.
Проекты расширенной реальности были разработаны для «обогащения» объектов физической среды или общей книги.
Для внедрения технологии дополненной реальности требуются два основных компонента программного обеспечения: отслеживание и визуализация. Трекинг - сложный процесс, который контролирует положение наблюдателя относительно окружающей среды.
1.2. Классификации систем дополненной реальности
Человек получает представление об окружающем пространстве с помощью большого количества воспринимающих органов окружающей информации. Система дополненной реальности как посредника между человеком и реальностью должна генерировать сигнал для такого тела. Таким образом, информация о системе дополненной реальности отображает:
Визуально. Они основаны на визуальном восприятии человека. Задачей таких систем является создание образа, используемого человеком. Поскольку изображение более информативно и понятно для человека, этот тип системы более распространен.
Аудио. Такие системы сосредоточены на слуховом восприятии [3]. В основном такие системы используются в навигации. Например, они выделяют специальные сигналы, когда человек достигает определенного места. можно использовать стереоскопический эффект, позволяющий человеку идти в правильном направлении и фокусироваться на источнике звука. Примером такой системы является Hear & There [4].
Аудиовизуальное. Это комбинация двух предыдущих типов, но аудиоматериал в них является всего лишь вспомогательным компонентом.
Системы расширенной реальности всегда нуждаются в информации из окружающей среды. На основе этих данных создаются виртуальные объекты. Каждая из этих систем имеет определенный набор датчиков - устройств, которые вы можете использовать для сбора информации из окружающей среды: звуковые и электромагнитные вибрации, ускорение. Для целей классификации имеет смысл использовать датчики, которые не основаны на зарегистрированных физических величинах Цель разделения, так как сигналы такого рода могут нести различную информацию. Из-за природы датчиков можно различать следующие системы:
Геопозиционные
Зарегистрируйся, чтобы продолжить изучение работы
. Они основаны на сигналах систем позиционирования GPS или ГЛОНАСС. В дополнение к приемникам таких сигналов геофизические системы могут использовать компас и акселерометр для определения угла поворота относительно вертикали и азимута.
Визуально. Такие системы обрабатывают изображение, полученное с камеры, которая движется с или независимо от системы.
Системы дополненной реальности можно отличить по степени взаимодействия с пользователем. В некоторых системах пользователь играет пассивную роль, только наблюдая реакцию системы на изменения в среде. Другие системы требуют активного взаимодействия с пользователем - они могут как управлять работой самой системы для получения результатов, так и изменять виртуальные объекты. Исходя из этого, системы делятся на:
Автономные. Они не требуют вмешательства пользователя. Задачей таких систем является предоставление информации об объектах. Например, такие системы могут анализировать объекты, которые находятся в поле зрения человека и предоставляют справочную информацию о них. Также такие системы используются в медицине. Например, система Походка помощи [5] для людей с нарушениями опорно-двигательного. Используя виртуальные объекты, мозг получает дополнительную информацию, которая поддерживает координацию движений.
Интерактивный. Такие системы основаны на взаимодействии с пользователем. Для разных действий пользователь получает другой ответ. В таких системах необходимо иметь устройство ввода информации. В качестве такого устройства можно использовать сенсорный экран мобильного телефона, планшета или специального манипулятора. Выбор устройств ввода зависит от особенностей системы. Для простых действий с виртуальным объектом будет выполняться простое указательное устройство. Когда необходимо имитировать любые реальные процессы и выполнять сложные манипуляции с объектами, используются специальные манипуляторы, которые имеют разную степень свободы. Примером может служить устройство PHANTOM [3].
Интерактивность выражается в различной степени. Существуют системы, которые позволяют пользователю активно изменять виртуальную среду [1].
Обычно это система имитации для каждого действительного действия. Они используются, когда использование реальных объектов невозможно, например специализированные медицинские тренажеры, которые позволяют учащимся в первый раз развивать необходимые навыки [2].
Существуют и другие системы, в которых пользователю не нужно менять виртуальную среду. Вместо этого пользователь выбирает, какие виртуальные объекты он хочет видеть. Пользователь также имеет возможность манипулировать виртуальными объектами, но не на уровне структуры, а на уровне отражения, то есть, например, применять к аффинным преобразованиям, таким как вращение, перемещение и т. Д. Эта группа включает в себя различные архитектурные системы, которые позволяют вам увидеть, как новая структура или ее часть, а также навигационные и географические информационные системы вписываются в реальную ситуацию. Подобные системы могут отображать части интересных объектов, скрытых от других зданий, дополнительную информацию о выбранных объектах и т.д.
По степени мобильности системы дополненной реальности можно систематизировать так:
Стационарные. Системы такого типа предназначены для работы в фиксированном месте; Перемещение таких систем означает частичную или полную настройку их характеристик.
Мобильные. Системы такого типа могут легко перемещаться; часто такой сдвиг и подчиняется той функции, которую они выполняют [8].
Принадлежность к тому или иному типу определяется функциями системы. Таким образом, симулятор операционного стола не должен быть мобильным, потому что ему приходится создавать особые условия для человека, максимально приближенного к реальным условиям. В то же время навигационная система должна быть как можно более мобильна, чтобы она могла перемещаться с транспортным средством или лицом без дополнительных затрат на его передвижение.
2. Предпосылки к массовому применению технологии дополненной реальности
2.1. Инструменты для технологии дополненной реальности
Существует три основных типа дисплеев, используемых при работе с расширенной реальностью: дисплеи с головкой (HMD), ручные дисплеи и пространственные дисплеи.
HMD - это устройство, которое монтируется на голове пользователя или на специальном шлеме и помещает изображение реальной и виртуальной среды перед глазами пользователя. HMD может быть либо прозрачным, либо оптически прозрачным.
Видеопрозрачные системы более сложны, чем оптически прозрачные, потому что им нужен пользователь, который может переносить две камеры вверх дном и, следовательно, обработку данных с обеих камер, чтобы отражать как «реальную часть» дополненной сцены, так и виртуальные объекты. В это время оптически прозрачные системы используют технологию полусерого серебряного зеркала и позволяют просматривать реальный физический мир через специальный «объектив», который накладывает дополнительную графическую информацию. И сцена, и реальный мир в такой системе воспринимаются более естественно. С другой стороны, в видеопрозрачной системе дополненная реальность сначала связана с реальным, что позволяет значительно лучше контролировать результат [6]. Таким образом, управление временем последней сцены может быть достигнуто путем синхронизации виртуального изображения с его отражениями. В оптически прозрачной версии отражение реального света не может замедляться, но это приводит к задержке входа в систему, графику и обработку изображений.
Портативные дисплеи представляют собой небольшие компьютерные устройства с дисплеем, который пользователь может держать в руках. Они используют видео-прозрачные методы для наложения графики в реальном мире, а также используют дополнительные датчики, такие как компас, GPS и акселерометры. Для реализации систем дополненной реальности часто используются системы распознавания маркеров, такие как ARToolKit или методы компьютерного зрения, такие как SLAM. Такими устройствами могут быть: смартфоны, КПК и планшетные ПК. Смартфоны - это портативные и широко используемые устройства, которые сочетают в себе мощный процессор, камеру и набор необходимых датчиков, что делает их перспективной платформой для систем AR. Планшетные ПК гораздо мощнее, чем смартфоны, но они намного дороже и слишком тяжелы для долгосрочного использования. Однако с развитием технологий планшеты становятся все более перспективной платформой для работы с дополненной реальностью [4].
Пространственная расширенная реальность (SAR), которая использует видеопроекторы, оптические элементы, голограммы и другие технологии, предоставляет графическую информацию непосредственно физическим объектам без необходимости переносить или удерживать дисплей. Пространственное представление отделяет большинство технологий от пользователя и интегрирует их в среду.
Это позволяет естественное масштабирование SAR групп пользователей, обеспечивая сотрудничество и увеличивая интерес к таким системам дополненной реальности в университетах, лабораториях и музеях
50% реферата недоступно для прочтения
Закажи написание реферата по выбранной теме всего за пару кликов. Персональная работа в кратчайшее
время!
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24. Это бесплатно.
