ДОПОЛНЕННАЯ РЕАЛЬНОСТЬ, ЕЁ ВИДЫ И ИНСТРУМЕНТЫ СОЗДАНИЯ Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Дополненная реальность, её виды и инструменты создания Augmented reality, types and creation tools

Биткин Валерий Владимирович

Студент 2 курса

Факультет Институт экономики и предпринимательства Национальный Нижегородский Государственный Университет им. Н.И. Лобачевского

Россия, г. Нижний Новгород e-mail: valera-bitkin@yandex. ru

Bitkin Valéry Vladimirovich

Student 2 term

Faculty ofInstitute of Economics and Entrepreneurship National Nizhny Novgorod State University named after N.I. Lobachevsky

Russia, Nizhny Novgorod e-mail: valera-bitkin@yandex. ru

Аннотация.

В последние годы дополненная реальность стала широко использоваться как для досуга, так и для бизнес-задач. Данная статья обобщает основные виды и инструменты разработки дополненной реальности.

Annotation.

In recent years, augmented reality has become widely used for both leisure and business purposes. This article summarizes the main types and tools for developing augmented reality.

Ключевые слова: дополненная реальность, классификация, инструменты разработки.

Key words: augmented reality, classification, development tools.

Дополненная реальность — это интегрированные в реальное пространство текста, графики или аудио с помощью носимого устройства отображения или проецируемых графических наложений в режиме реального времени. Дополненную реальность от виртуальной отличает наличие элементов реального мира. Дополненная реальность используется, чтобы улучшать взаимодействие пользователей с окружающим миром, а не отделять его и позволяет адаптировать информацию в зависимости от меняющихся условий.

Технология дополненной реальности уже несколько лет активно набирает обороты. Её используют как крупные компании для решения серьезных бизнес-задач, так и обычные пользователи смартфонов в качестве досуга. Существует множество видов дополненной реальности и на первый взгляд достаточно сложно разобраться, как все они работают и чем отличаются.

Можно по-разному классифицировать дополненную реальность, но, в целом, работу технологии можно условно разделить на маркерную и безмаркерную. В первом случае камера смартфона (или любого носимого устройства) отслеживает маркер, и с помощью специального программного обеспечения на него накладывается цифровой контент. При безмаркерной технологии используется метод SLAM (метод одновременной локализации и построения карты). Это способ распознавания окружения камеры путём разложения картинки на геометрические объекты и линии. Каждой отдельной форме система присваивает точку или множество точек, фиксируя их расположение на пространственных координатах на последовательных кадрах видеопотока.

На самом деле видов дополненной реальности гораздо больше. В качестве меток иногда выступают совершенно необычные вещи. Можно выделить основные виды дополненной реальности:

1. Привязка к маркеру. В случае привязки к какой-то метке контент дополненной реальности запускается, когда в поле зрения камеры появляется триггер. Меткой в таком случае могут служить: изображения, логотипы, фотографии или даже звуки. Причем маркеры могут быть совершенно разного размера. В основном

этот способ используется для "оживления" полиграфии или картин, когда нужно наложить цифровой контент на уже заранее созданные физические маркеры. Правда отсюда вытекает и минус такой технологии: приложения требуют обязательного присутствия метки, которой может и не быть под рукой.

2. Привязка к плоскости. В этом случае распознаются как горизонтальные, так и вертикальные плоскости (например пол и стены в вашей комнате). Такая механика применяется, когда нет необходимости держать маркер в поле зрения телефона, когда метка не нужна. К сожалению, на данный момент не все мобильные устройства поддерживают данный метод привязки, и это существенно ограничивает круг пользователей.

3. Привязка к геолокации. Технология полезна для навигации внутри больших помещений, заводов, фабрик, производственных предприятий. На данный момент эти решения обладают достаточно высокой погрешностью (ошибки возможны до 15 метров) и в помещениях работают хуже, чем на улице. Но прогресс не стоит на месте, и мы надеемся скоро увидеть более высокую точность. Или, например, представим себе такую ситуацию. Мы выходим на оживленную улицу с множеством кафе, магазинов и офисов компаний. Наводя телефон на такой проспект, мы можем видеть какой рейтинг у того или иного заведения, какие там сегодня акции, и, например, режим работы. В этом случае нет задачи распознавания изображения. Эта технология основывается на использовании присутствующих в нашем мобильном устройстве GPS-приемника, компаса и акселерометра. Благодаря им, телефон знает, в каком направлении мы смотрим. И таким образом, для дополнения реальности устройству просто нужно правильно отреагировать на показания датчиков.

Интересный вид дополненной реальности — AR-портал. В цифровой реальности появляется пространство в режиме 360°. Пространством может служить фото -, видео- материалы или отрисованные в графике. AR портал может работать как обычный стенд (как видеостена в супермаркетах), демонстрируя рекламное вертикальное видео или анимационные ролики. Создается иллюзия появления как бы "за стеклом" или "отражение" в зеркале виртуального мира. Такие порталы можно просматривать и с помощью мобильного телефона. Внутри портала очень реалистичная графика. Фактически там 360-фото.

Метка для AR может быть и физической. в этом случае на физическом объекте появляются какие-то дополнительные элементы. Триггером при такой механике служит сам объект. При разработке сканируется сам объект и из него создается цифровая копия в 3D-пространстве. При реализации этого вида дополненной реальности есть две основные проблемы. Первая заключается в создании этой самой копии. Для это нужен 3D-сканер или достаточно дорогой смартфон с LIDARом. Простыми словами LIDAR — это датчик измерения света и дальности до объектов. Наверное, многие слышали, что LIDARbi ставит в свои смартфоны компания Apple в последних моделях. Второй проблемой является отслеживание таких меток — требуется достаточно неплохое разрешение камеры.

Реже встречается такой вид дополненной реальности как интеграция реалистичных персонажей — это механика, при которой реальный объект помещают в дополненную реальность. Чтобы достичь такого эффекта есть несколько способов: первый - снять 2D-видео. Реальный объект снимают на хромакее с ракурса человеческого роста, в графическом редакторе удаляется фон и изображение помещается в AR-среду под прямым углом к зрителю. При попытке зрителя обойти объект, он поворачивается к зрителю одной и той же стороной, сохраняя иллюзию объема. Второй способ — это 4D-съёмка. Используется набор специальных камер, захватывающих объект в движении. В результате съёмки получается реалистичная 3D-модель с анимацией, готовая для интеграции в AR-среду. При реализации данного вида дополненной реальности мы добиваемся высокой степени реализма при сравнительно небольшой мощности смартфона.

Теперь, немного разобравшись в видах, изучим существующие инструменты для создания дополненной реальности. Чтобы программировать дополненную реальность необходимы наборы средств разработки и соответствующие SDK. Такие SDK разрабатывают компании-гиганты как Google, Facebook, Apple.

Набор инструментов ARKit от Apple способен распознавать габариты окружающего пространства, учитывать условия освещения, чтобы интегрировать виртуальные объекты в реальную жизнь. В сочетании с хорошей камерой в устройствах Apple выглядит и правда очень реалистично. Технологию поддерживает большая часть iOS-устройств, что делает библиотеку ARKit самой массовой платформой дополненной реальности в мире. Не так давно был представлен Reality Composer - мощный и простой инструмент, с помощью которого можно упрощать создание интерактивной дополненной реальности без глубоких познаний 3D-моделирования. Помимо собственного продукта, ARKit поддерживают такие игровые движки, как например Unity и Unreal Engine, что позволяет расширить круг разработчиков.

AR Quick Look — очередное решение от компании Apple. Встроенные приложения, такие как браузер Safari, Сообщения, Заметки и другие, используют Quick Look для отображения файлов виртуальных объектов в 3D или AR. AR Quick Look работает только на iOS. Можно встраивать Quick Look в свои приложения и даже веб-сайты, а пользователи смогут видеть AR-объекты в реальном мире с анимациями и звуком. Особенно актуально это становится для маркетинга. Например, мы ищем новый холодильник для кухни или вообще кухню целиком. Еще до покупки мы можем "примерить" ее у себя дома с соблюдением масштаба, а встроенный аудио помощник расскажет нам о преимуществах такой покупки. Самое главное, что не нужно ничего скачивать на телефон, покидая сайт продавца. Для владельцев онлайн-магазинов удержание целевой аудитории внутри своего сайта и приложения - очень важная задача, так как пользователь может не вернуться назад, увлекшись интерактивом.

Ответом Apple от компании Google стал инструмент ARcore. Он использует три ключевые технологии для интеграции виртуального контента с реальным миром:

• во-первых, это шесть степеней свободы, которые позволяют телефону понимать и отслеживать свое положение относительно реального мира;

• во-вторых, это понимание условий окружающей среды, которое позволяет телефону определять размер и расположение плоских горизонтальных поверхностей, таких как пол или, например, журнальный столик;

• в-третьих, это оценка освещенности, которая позволяет телефону понимать текущие условия освещения окружающей среды и придаёт способность цифровым объектам отбрасывать тени.

ARCore поддерживают многие устройства. Список таких устройств приведен на официальном сайте Google Developers. С помощью данной технологии виртуальные объекты могут даже перекрываться физическими и быть как бы за ними. Пользоваться этим инструментом также можно на движках Unity и Unreal Engine и нативно в Android Studio. Распространяется ПО бесплатно. В браузере Google тоже стало возможно воспроизведение AR. Сам Google поиск, если ввести в строке браузера, например, слово «медведь», предложит посмотреть на животное в дополненной реальности.

Следующий и очень распространенный инструмент от компании Qualcomm - именитого производителя микропроцессоров - платформа Vuforia. Она отслеживает плоские изображения и простые объемные реальные объекты (к примеру, кубы или цилиндры) в реальном времени и распознает текст. С помощью Vuforia можно писать код дополненной реальности на разных языках программирования, ее поддерживает также и Unity, что позволяет создавать мультиплатформенные решения. Vuforia хорошо и стабильно работает на большом количестве устройств, но она не бесплатная.

Есть также менее популярные, но тоже довольно неплохие инструменты. Например, Wikitude. Инструмент предоставляет онлайн-студию для наложения простых статичных объектов дополненной реальности. Для этого нужно загрузить маркер в студию, добавить объекты AR и сгенерировать JavaScript. Таким образом весь рендеринг ложится на Wikitude SDK. Платформа весьма дружелюбна к пользователям.

Другой инструмент — Easy AR. Казалось бы, название должно говорить само за себя, но нет: EasyAR, к сожалению, не предоставляет никаких инструментов, облегчающих жизнь разработчику. Все что мы имеем — это SDK, инструкции по запуску их примеров, небольшая документация, описывающая базовые принципы распознавания объектов и документация для С++, ее в принципе достаточно для знакомства с классами SDK, потому что все рабочее окружение — это обертка над кодом C++.

Теперь поговорим о двух упрощённых решениях для создания дополненной реальности. SDK от компании SnapChat — приложение от Lens Studio, которое используется для создания эффектов AR. Любой пользователь SnapChat сможет рисовать, анимировать и продвигать собственные AR-фильтры, и пользователи успешно практикуют это. Похожим функционалом обладает программа от Instagram — Spark AR. Каких-то серьезных продуктов в дополненной реальности с помощью такого софта, конечно, не создать, но зато это доступные инструменты для новичков в разработке AR.

Не стоит забывать важный и мощный инструмент браузерной 3D-графики — WebGL. Пользователи могут просматривать контент в дополненной реальности, используя мобильный браузер. Для этого необходимо разместить ссылку на сайт, на котором размещен WebAR-скрипт в рамках инфо-кампании бренда или в виде отдельной, например, маркетинговой рассылки. Механики отображения AR контента могут быть различными — можно установить объект на плоскость (пол, стена), или навести камеру на изображение, которое будет являться маркером для появления цифровой реальности. И если ранее для взаимодействия с пользователем требовалось скачать приложение, то как раз с помощью WebAR этот сложный путь сокращается до перехода по ссылке на сайт с дополненной реальностью. От пользователя требуется только разрешение на использование камеры.

Список используемой литературы:

1. Непалкова А.А., Никулина Т.А., Применение технологий дополненной и виртуальной реальности для привлечения потребителей к взаимодействию с // Практический маркетинг №4. - 2019.

2. Петрова Л.А., Кузнецова Т.Е., Цифровые технологии в экономике и бизнесе // Цифровая экономика.

- 2020.

3. Roxo M., Britto P. Augmented Reality Trends to the Field of Business and Economics: A Review of 20 years of Research. Asian Journal of Business Research, 2018.