CC BY
59<<Ш11ШетиМ~^®и©Ма1>#Щ62)),2©2© / TECHNICAL science
47
УДК 004.9
Свищёв А.В.
Ассистент кафедры практической и прикладной информатики,
Дульнев В.В. Студент бакалавриата, 2 курс, МИРЭА-Российский технологический университет (РТУМИРЭА), 119454, Россия, г. Москва, проспект Вернадского, 78, Институт информационных технологий Россия, г. Москва DOI: 10.24411/2520-6990-2020-11704 ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ДОПОЛНЕННОЙ РЕАЛЬНОСТИ В СФЕРЕ НАВИГАЦИИ
ВНУТРИ ЗДАНИЙ
Svishchev A. V.
Assistant of the Department of Practical and Applied Informatics,
Dulnev V. V. Bachelor student, 2 course,
MIREA-Russian Technological University (MIREA Russian Technical University),
78 Vernadsky Avenue, Moscow, 119454, Russia, Institute of information technology Russia, Moscow
APPLICATION OF AUGMENTED REALITY TECHNOLOGY IN THE FIELD OF NAVIGATION
INSIDE BUILDINGS
Аннотация
В данной статье рассматривается возможность использования технологии дополненной реальности для навигации внутри зданий. Рассматриваются различные методы, а также возможная реализация на базе университета. Abstract
This article discusses the possibility of using augmented reality technology for navigation inside buildings. Various methods are considered, as well as a possible implementation on the basis of a university.
Ключевые слова: дополненная реальность, навигация, AR Foundation, мобильная разработка. Key words: augmented reality, navigation, AR Foundation, mobile development.
Не секрет, что на данный момент технологии виртуальной (VR - Virtual Reality) и дополненной (AR - Augmented Reality) реальностей еще не вошли окончательно в повседневную жизнь общества, но обладают большим потенциалом, так как помогают решать целый класс задач, связанных с обогащением информацией визуального окружения человека. В частности, дополненная реальность связана с использованием дополнительных искусственных графических элементов, которые монтируются в изображение реального мира, получаемое камерой устройства. AR-технология тесно связана с мобильными сенсорными устройствами, так как в них реализована возможность одновременного передвижения и использования камеры, что и представляет основу для деятельности любого AR-
приложения. В данной статье рассматривается практическое применение АЯ-технологии в сфере навигации.
По мере того, как мобильные приложения вытесняют Web-приложения, разработчикам необходимо переосмыслить определение требований и управление требованиями для мобильной разработки. Обилие аппаратных средств и вариантов распространения приложений делает мобильную отрасль исключительно конкурентной, поэтому границы возможностей постоянно расширяются. Таким образом появилась дополненная реальность, которой находят своё применение буквально везде - от строительства и 3d навигатора до игр на подобие Рокетоп Go.
48
TECHNICAL SCIENCE /
Рисунок 1. Прогноз количества пользователей AR до 2023 года от Statista
Неспроста именно сфера AR пользуется спросом , поскольку она обладает уникальными способностями :
• Отслеживание устройства в реальном пространстве без использования GPS или же Wi-Fi маяков.
• Отслеживание плоскостей.
• Система якорей, позволяющая 'удерживать' объекты на одном месте.
• Отслеживание точек лица человека (например, маски в Instagram).
• Обнаружение и распознавание картинок.
• Обнаружение и распознавание объектов.
Эти функции дают огромный потенциал для
создания виртуальных карт и навигации по ним, которые при наложении на реальные планы зданий дадут нам виртуальную карту, которая будет определена, как плоскость, но при этом, благодаря системе устройств телефона SLAM, мы сможем отслеживать наше местоположение в реальном времени на данной карте. Тем не менее, необходимо помнить о недостатках, а именно - сильная зависимость от освещения, потому что основное определение местоположения происходит за счёт электронных фильтров изображения, которые работают оптимально при хорошем освещении. В противном случае при плохом освещении уменьшается интенсивность отражения света от разных объектов, что в итоге приводит к уменьшению разницы между различными точками на изображении и к, как следствие, ухудшению распознавания местоположения.
В результате местоположение устройства начинает резко и не характерно меняться.
Есть другие способы реализации, например, "Система хлебных крошек". Данный способ заключается в оставлении за телефоном точек, каждая из которых уточняет положение телефона в реальном мире. Также поскольку эти точки вполне могут быть объектом, представляется возможным привязать к ним текстуру указателя (стрела или же иная вытянутая фигура) что позволит получить два в одном - указатель, показывающий дорогу и уточняющий наше местоположение одновременно. Эффективность способа компенсируется трудностью реализации - нужно заранее проставлять данные "крошки". И не однозначен вопрос оптимизации.
Так же существует третий способ, который основывается на улучшении отслеживания устройства с помощью специальных Wi-Fi маяков. Поскольку возможности всех устройств ограничены, можно прибегнуть к такому способу. Вопрос остаётся в количестве маяков и их мощности, ведь помещения бывают из разных материалов, и эффективность сигнала может сильно разниться, в связи с чем появляется вопрос о дороговизне данного метода, поскольку должно быть минимум 3 маяка, которые смогут определить положение устройства (3 именно из-за того, что нужны три точки в трёхмерном пространстве, чтобы задать плоскость). Однако они должны быть всегда параллельно активны и передавать сигнал телефону, следовательно понадобится более трёх маяков из-за дальности эффективного действия.
<<Ш11ШетиМ~^®и©Ма1>#Щ62)),2©2© / TECHNICAL science
В AR-технологиях существуют различные способы реализации дополненной реальности. В рамках данной работы рассматривается движок Unity с подключаемым фреймворком AR Foundation, который включает в себя возможности ARKit, ARCore, MagicLeep и ряда других технологий, комбинируя их с уникальным функциями Unity. Однако ключевой особенностью фреймворка AR Foundation по праву считается его кроссплат-форменность. В частности, если какая-либо платформа не поддерживает одну или несколько реализованных функций, то до достаточно дождаться выхода обновления этой платформы, чтобы активировать данные функции. Таким образом, не нужно писать несколько приложений под разные системные требования. В завершение, данный фреймворк является, пожалуй, самым прогрессивным в определении плоскости (plain) за счет удачного заимствования функций из ряда ведущих технологий на рынке.
Таким образом, можно представить следующую реализацию AR приложения с использованием AR Foundation в виде навигатора по многоэтажному зданию. В первую очередь, необходимо построить виртуальные карты помещений, в которых должна производится навигация, причём старт для пользователей должен производиться из фиксированного места в пространстве. Данная мера вводится в силу того, что при запуске приложения, оно задаёт свое пространство и привязывает его к реальной точке, в которой находится мобильное устройство, и от которой, собственно, и необходимо начинать движение. Данная проблема решается стартом приложения сначала в отдельном меню, которое будет открывать сам навигатор, после распознавания оставленной картинки, объекта, qr-кода или может быть даже жеста. Таким образом, достаточно оставить, например, штрихкод, и все пользователи будут начинать использование приложения в одной фиксированной точке, что автоматически решит проблемы ошибки неправильного старта. Чтобы не устраивать столпотворение вокруг одной точки, необходимо поместить штрих-коды в разные места. Так, заведомо зная их местоположение, можно посчитать смещение по координатам. Этим способом можно решить вопрос перезапуска приложения и следования в заведомо очень далекие от центрального штрихкода места.
Альтернативным решением будет добавление вместо этого маяков, описанных выше, однако вопрос точности остаётся открытым при использовании такого способа. В частности, есть проблема того, что наш мир трёхмерный, а плоскость двухмерная, это усложняет реализацию проекта. В качестве решения можно использовать технологию порталов, которые будут являться своеобразными триггерами, которые срабатывают, когда устройство движется мимо специально отмеченного ме-
49_
ста, чаще всего дверного проёма, откуда и произошло название. Поскольку виртуальные карты плоские, то каждая плоскость может являться отдельным этажом, следовательно единственное место, не отражаемое в навигаторе - лестницы. На входе и выходе с лестниц можно поставить эти «порталы» и разделить здание на участки подгрузки с помощью этих же самых «порталов».
В целях защиты личных данных и разграничения доступа к приложению будет использоваться личный кабинет пользователя организации, где развертывается система. В примере, рассмотренном ниже, это РТУ МИРЭА. Каждый пользователь будет проходить двухфакторную аутентификацию для подтверждения личности, таким образом, система предназначается для внутреннего пользования.
Далее необходимо рассмотреть конкретный пример проблемы, для решения которой может применяться данная технология. Общая площадь главного кампуса МИРЭА составляет примерно 120 000 кв м. Нередко у абитуриентов, студентов, а порой и преподавателей возникает проблема с поиском необходимой аудитории. Из существующих на данный момент решений предлагается бот ВКонтакте, в функционал которого включен поиск по номеру аудитории. Однако, пользователю представляется информация в виде схем и краткой аннотации, чего может быть недостаточно в условиях недостатка опыта работы со статическими картами или банальной нехватки времени. Кроме того, данные представляются исключительно на русском языке, что потенциально отсеивает одну из наиболее нуждающихся в наглядном путеводителе категорию - студентов, приехавших обучаться из-за границы. В дополнение, данный бот требуется регистрации в социальной сети ВКонтакте, в то время как существует категория людей, придерживающихся политики отказа от всевозможных соцсетей. Наконец, привязка к другому приложению (ВК) добавляет необязательных и замедляющих процесс поиска аудитории действий, связанных с поиском и открытием самого бота. Гораздо удобнее вынести подобный функционал в отдельное приложение, специально ориентированное для данной задачи. Реализовано это может быть в виде ЛЯ-приложения, принцип действия которого описан выше.
Данный навигатор может сильно облегчить нахождения кабинетов, достопримечательностью и просто заданных мест, к которым пользователь захочет прийти. Представленная ниже диаграмма демонстрирует соотношение ответов студентов и преподавателей на вопрос, сможет ли такой навигатор улучшить ситуацию с поиском аудитории и уменьшить количество опозданий. Как видно из диаграммы, большинство из опрошенных поддерживают идею создания подобной системы.
50
TECHNICAL SCIENCE / <<Ш11ШетиМ~^©иГМа1>#Щ62)),2©2(1
Рисунок 2. Круговая диаграмма по результатам опроса потенциальных пользователей
Можно выделить следующие преимущества и недостатки такого решения.
Главным достоинством в данном случае будет являться четкая система навигации, которой смогут пользоваться преподаватели, сотрудники университета и студенты для ориентации внутри крупного образовательного комплекса. Кроме того, потребуется минимум задействованного оборудования для реализации, что, к тому же, практически никак не повлияет на внутренний интерьер здания. Также допускается возможность использования приложения гостями университета через специальные гостевые учетные записи для навигации в рамках проводимых университетом мероприятий, таких как, например, день открытых дверей.
С помощью данного приложения пользователь может быть уверен, что не собьется с дороги и, в случае, например, спешки, может следовать быстрым темпом к необходимой аудитории без постоянной сверки со схемами и инструкциями - нужный маршрут показывается крупным планом на экране смартфона.
Необходимо так же выделить недостатки данного решения. Во-первых, высокие энергозатраты и определенные требования к мобильным устройствам для запуска и поддержания работы приложения. Во-вторых, ограничено количество точек в кампусе, откуда можно начать работу приложения.
Подводя итог, можно отметить, что рынок дополненной реальности, несмотря на свою относи-
тельную молодость, стремительно и уверенно развивается, открывая все больше новых возможностей по взаимодействию с визуальной составляющей окружающего мира, в том числе в сфере навигации и, в частности, навигации внутри зданий.
Использованные источники:
7. Statista [Электронный ресурс] URL: https://www.statista.com/statistics/1098630/global-mobile-augmented-reality-ar-users/ (Дата обращения: 19.03.2020)
8. Статья "9 Augmented Reality Trends To Watch In 2020" [Электронный ресурс] URL: https://mobidev.biz/blog/augmented-reality-future-trends-2018-2020 (Дата обращения: 20.03.2020)
9. Unity AR Foundation [Электронный ресурс] URL: https://unity.com/ru/unity/features/arfoundation (Дата обращения: 21.03.2020)
10. Статья «Навигация в магазине: через дополненную реальность к нужной полке» [Электронный ресурс] URL: https://habr.com/ru/company/mvideo/blog/455582/ (Дата обращения: 20.03.2020)
11. Статья «AR - Дополненная Реальность» [Электронный ресурс] URL: https://habr.com/ru/post/419437/ (Дата обращения: 12.02.2020)
12. Статья "How Augmented Reality Works" [Электронный ресурс] URL: https://computer.howstuffworks.com/augmented-reality.htm (Дата обращения: 27.02.2020)
