CC BY
94
Орлова Н.В.
Ростовский государственный экономический университет (РИНХ), г. Ростов-на-Дону, к.э.н., доцент кафедры Информационных систем и прикладной информатики, orlova6 [email protected]
ОБ ИНТЕГРАЦИИ ТЕХНОЛОГИЙ ДОПОЛНЕННОЙ РЕАЛЬНОСТИ, 3D-ТУРОВ И 3D-МОДЕЛИРОВАНИЯ ДЛЯ ОБУЧЕНИЯ IT-СПЕЦИАЛИСТОВ
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА
Дополненная реальность, 3D модель, 3D тур, 3D визуализация, IT-образование, 3D проект.
АННОТАЦИЯ
В статье автор делится опытом обучения IT-специалистов технологиям интеграции в приложения дополненной реальности виртуальных путешествий и 3D моделей. Приведены реальные примеры участия обучающихся в проекте 3D-университет. Описана технология реализации 3D-туров различными по сложности освоения и трудоёмкости методами.
В Ростовском государственном экономическом университете РГЭУ (РИНХ) уже не первый год идут исследования в области новейших технологий обработки изображений, распознавания образов, 3D-моделирования и др. Группой студентов факультета Компьютерных технологий и информационной безопасности под руководством автора было разработано приложение дополненной реальности, включившее в себя технологии разработки 3D-туров и презентации логотипов факультетов и университета в виде 3D-моделей.
Дополненная реальность (AR) — термин, относящийся ко всем проектам, направленным на дополнение реальности любыми виртуальными элементами. Самые распространённые примеры дополненной реальности — параллельная лицевой цветная линия, показывающая нахождение ближайшего полевого игрока к воротам при телетрансляции футбольных матчей, стрелки с указанием расстояния от места штрафного удара до ворот, нарисованная траектория шайбы во время хоккея и т. п. Сам термин был предложен работавшим на корпорацию Boeing исследователем Томом Коделом в 1990 году.
В 1994 году Пол Милгром (англ. Paul Milgram) и Фумио Кисино (англ. Fumio Kishino) описали континуум «виртуальность — реальность» (англ. Milgram's Reality-Virtuality Continuum) — пространство между реальностью и виртуальностью, между которыми расположены дополненная реальность (ближе к реальности) и дополненная виртуальность (ближе к виртуальности). Дополненная реальность — результат добавления к воспринимаемым как элементы реального мира мнимых объектов (обычно в качестве вспомогательной информации).
Существует множество программных решений для мобильных телефонов, которые позволяют при помощи дополненной реальности получить необходимые сведения об окружении. Это браузеры дополненной реальности и специализированные программы для отдельных сервисов, компаний или даже единственных моделей. Само распространение дополненной реальности и нарастающая известность технологии среди потребителей связано с тем, что вычислительная мощность и набор датчиков в аппаратных платформах для смартфонов и планшетов позволяют производить наложение любых цифровых данных на получаемое в реальном времени со встроенных в устройства камер изображение. Часть решений в этой области воплощается в виде нательных компьютеров (в том числе в качестве элементов умной одежды) для постоянного контакта со средой дополненной реальности.
Приложения дополненной реальности постепенно выходят за пределы исключительно развлекательной сферы, становясь действительно полезными. Благодаря им теперь можно чинить автомобили, переводить тексты в реальном времени, искать ближайшие рестораны и делать покупки в виртуальных супермаркетах. Редкие разработчики пишут софт для таких приложений с нуля, большинство использует готовые фреймворки или библиотеки с открытым API. Компании, создающие браузеры дополненной реальности, позволяют другим разработчикам создавать собственные AR-проекты на базе своей платформы и, по сути, берут на себя функцию распространителей их контента.
Это такие компании как:
1. Layar - компания из Нидерландов, создавшая мобильный AR-браузер в 2009 году.
2. Metaio - немецкая компания-мастодонт, работающая в области дополненной реальности с 2003 года.
3. Aurasma - молодая английская компания, использующая разработанную в Кэмбридже технологию. Услугами Aurasma в основном пользуются крупные бренды;
4. Wikitude - aвстрийская компания, победитель номинации «Лучший браузер дополненной реальности» на протяжении последних четырёх лет.
5. Blippar - молодая английская компания, которая использует технологию распознавания изображения для небольших рекламных кампаний и уже успела поработать со многими известными брендами, включая Unilever, Nestle, Heinz, Xbox, Samsung, Cadbury, Domino.
В самом простом варианте, для того чтобы создать приложение с дополненной реальностью нужно просто взять и наложить виртуальное изображение на видео с камеры телефона.
Полноценная дополненная реальность включает в себя не только отрисовку виртуальных объектов поверх изображения с камеры, а привязывание их к окружающей обстановке. Для этого используются либо метки расположенные в реальном мире, и к которым привязывается виртуальный объект, либо якоря (GPS-координаты). Ведь куда приятнее видеть не только одну сторону виртуального предмета расположенного у вас на столе, но и иметь возможность обойти его со всех сторон, подойти поближе и рассмотреть его в деталях. Помимо меток к которым привязывается объект, также необходимо учитывать положение устройства в пространстве считывая и обрабатывая показания компаса, акселерометра и гироскопа, для того чтобы правильно отображать виртуальный объект.
Unity Personal (64bit) - pfmniunity - РИНХ - Android - DX11
iví г ä« f il l e Use Shat
.<• A os) * * (5 Ш ¡
Рисунок 1 - Связывание 3D-ModeAeü и QR-метки в Unity
Проект предполагает использование 3 основных составляющих: QR-меток с зашифрованными данными, смартфона или планшета на основе операционной системы Android (Версия 4.4 Kit Kat или выше) и специального программного обеспечения, разработанного для дешифровки и трансляции закодированной информации в окружающей среде. Использование технологий таких компаний как Unity Technologies (Unity Engine 5/Unity Editor), Qualcomm (Vuforia Software Development Kit) и Google (Android Software Development Kit) позволило существенно сократить время разработки и тестирования продукта, не влияя на качество, производительность и функционал программного обеспечения. Также стоит отметить, что приложение не требовательно к аппаратной части устройства. Все необходимые компоненты, такие как гироскоп,
акселерометр, камера и процессор, построенный с применением архитектуры ARMv6 (или выше) с возможностью проведения вычислений с плавающей запятой, являются одними из базовых элементов любого современного смартфона или планшета.
3D графика или трёхмерная графика - это один из разделов компьютерной графики, комплекс приемов и инструментов, которые позволяют создать объемные объекты при помощи форма и цвета. От двухмерных изображений она отличается тем, что подразумевает построение геометрической проекции трехмерной модели сцены (виртуального пространства) на плоскость, делается это при помощи специализированных программ. Полученная модель может соответствовать объектам реального мира.
Для получения трёхмерного изображения на плоскости требуются следующие шаги:
• моделирование — создание трёхмерной математической модели сцены и объектов в ней;
• текстурирование — назначение поверхностям моделей растровых или процедурных текстур (подразумевает также настройку свойств материалов — прозрачность, отражения, шероховатость и пр.);
• освещение — установка и настройка источников света;
• анимация (в некоторых случаях) — придание движения объектам;
• динамическая симуляция (в некоторых случаях) — автоматический расчёт взаимодействия частиц, твёрдых/мягких тел и пр. с моделируемыми силами гравитации, ветра, выталкивания и др., а также друг с другом;
• рендеринг (визуализация) — построение проекции в соответствии с выбранной физической моделью;
• композитинг (компоновка) — доработка изображения;
• вывод полученного изображения на устройство вывода — дисплей или принтер. При создании 3D-моделей были использованы программы CorelDRAW и 3ds Max.
• в * -* Д:
Autodesk 3ds Max 201 б - Student Version logo.max
H^otymordor
6 В й .В, am in
Рисунок 2 - Создание 3D-модели
Импортировав нужное изображение в среду CorelDRAW и обработав ее, было получено векторное изображение. Затем оно было импортировано в среду 3Ds Max. Настроив математическую модель сцены и обработав импотированное изображение (настройка света, настройка объема проекта, настройка анимации и т.д.), было получено готовое 3D-изображение.
Наше приложение включает разработку 3d тура для этого проекта. Для начала надо рассмотреть, что же такое 3d тур, а начнем мы с 3d панорамы.
Рисунок 3 - Результат работы приложения
И так что же такое 3d панорама- это сравнительно молодая современная технология панорамной сферической фотографии, которая открывает возможности стать действующим лицом как будто вы находитесь на месте съемки и свободны выбирать, куда повернуться, что рассмотреть к чему подойти по ближе. На сегодняшний день 3d панорама — это фотореалистичный способ презентовать любые существующие объекты посредством внедрения в трехмерное пространство. И так что же приставляет собой 3d панорама — это снимок окружающего пространства на 360 градусов по горизонтали и на 180 по вертикали.
Такая технология позволяет добиться эффекта присутствия в месте съемки, так как кроме изменения направления взгляда также можем приближать или удалять от любых мест 3d панорамы, так же есть возможности объединения нескольких панорам в виртуальный тур.
3D тур объединяет несколько 3D-панорам соединённых между собой точками перехода.
Так же они могут включать в себя Flash анимацию, звуковые эффекты и шумовое сопровождение.
В настоящее время тема 3D туров оживает, по интернету все чаще можно встретить 3D тур по клубу, сауне и загородному дому.
И так теперь можно перейти к самому проекту.
Для создания университетского 3D тура нам потребовалось панорамные фотографии университетских помещений, а также программа, в которой можно работать с данными панорамами. Одна из таких программ Kolor Panotour Pro - это для создания интерактивных виртуальных туров из цифровых фотографий, которая освободит Вас от задач программирования. Все действия осуществляются самой программой.
В проект можно добавлять изображения, разрешение которых не превышает 3600х1800 пикселей. Поддерживаются все основные графические форматы (JPG, PSD, PNG, BMP, RAW). Интерфейс в Panotour возможность настраивать так, как удобно пользователю. Отдельные инструменты можно переместить, убрать или даже выделить для них отдельное окно. Связи между изображениями создавать очень просто.
Основные возможности программы Panotour:
• Создание виртуальных туров занимает гораздо меньше времени.
• Процесс создания тура происходит визуально, никакого программирования.
• Создание связей в пару нажатий.
• Поддержка форматов: JPG, PNG, PSD, TIFF и RAW файлов с большинства камер.
• Настраиваемый интерфейс.
• Простое взаимодействие с использованием горячих точек.
• Поддержка 3D-эффектов.
• Интуитивно-понятный интерфейс.
Panotour Pro V2.3.0 - New Project 1 = 1 1=1 j| j
File Edit View Help
IE mt O ► ■I Home I Tour | Style Build Pkolor panotour pro
fiter
pep kolor panotour pro
Open a Panotour project НЩ Create an empty Panotour pre
Open a recent Panotour project Create a Panotour project from
No recent files yet m Ricoh Theta
в? Ricoh Theta with Groups
Kolor {Control
Kolor Header and Footer
Kolor Cross
Рисунок 4 - Меню программы
Рисунок 6 - Полностью готовый 3D тур
На рисунке 6 показан готовый проект по 3D туру и так в этом проекте находятся 10 панорамных изображений, соединенных между собой связями перехода и выстроены по
очередности. Так же на данном рисунке можно увидеть стрелки, которые обозначаю каком панорамном изображении можно перейти в другое.
Итак, данное изображение показывает нам как выглядит готовый 3D тур, в котором можно увидеть белую стрелку на двери это обозначает переход в другу зону, то есть на новое панорамное изображение. На этом изображении расположена QR метка на которой нанесена информация об университете, а также 30 модель эмблемы РГЭУ(РИНХ].
Рисунок 7 - Открытое приложение дополненной реальности
Участие студентов факультета Компьютерных технологий и информационной безопасности в подобных проектах формирует важные компетенции и даёт неоценимый опыт разработки уникальных приложений. Следует отметить и богатый научный потенциал этих разработок. Интеграция таких сложных технологий, как 3D-моделирование, 3D-туры и дополненная реальность в одной разработке на сегодняшний день является весьма актуальной и мало заполненной нишей рынка презентационных продуктов.
Литература
1. Орлова Н.В. Применение методов 3d-моделирования в экономических информационных системах: Статистика в современном мире: методы, модели, инструменты: материалы Всероссийской научно-практической конференции. (26-28 сентября 2012 г.) / РГЭУ (РИНХ). - Ростов-на-Дону, 2012. -0,2 п.л.
2. Орлова Н.В. Применение методов 3D-моделирования в IT-образовании// Современные информационные технологии и ИТ-образование [Электронный ресурс] / Сборник научных трудов VIII Международной научно-практической конференции / под ред. В.А. Сухомлина. - Москва: МГУ 2013. - Т.1. - 478с. - с.45-=454 - 1 электрон. опт. диск ^D-ROM). - ISBN 978-5-9556-0156-4.
3. Н.В. Орлова Интеграция технологий дополненной реальности, 3D-туров и 3D-моделирования для разработки приложений // Информационные системы, экономика, управление трудом и производством: Ученые записки. Выпуск 16 / Ростовский государственный экономический университет «РИНХ».- Ростов-на-Дону, 2015. - с. 99-101 -0,1 п.л. (в соавт.)
