Системы дополненной реальности для мобильных платформ Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

УДК 004.93; 004.5

Системы дополненной реальности для мобильных платформ

А.В. Аверкина, О.Ю. Лазарева

Московский государственный университет печати имени Ивана Федорова 127550, Москва, ул. Прянишникова, 2А e-mail: [email protected], [email protected]

Еще в прошлом веке писатели фантасты так или иначе предполагали интеграцию реального и виртуального мира в самом недалеком будущем. Уровень развития мобильных технологий в наши дни -существенное подспорье тому факту, что, кажущиеся совсем недавно фантастическими, эти прогнозы имеют все шансы оказаться правдивыми. Уже сейчас виртуальная и дополненная реальность, пусть и новое, но уже вполне успешное и активно развивающееся направление информационных технологий.

Дополненная реальность (англ. аugmented reality, AR) - это технология наложения информации в форме текста, графики, аудио и других виртуальных объектов на реальные объекты в режиме реального времени [2]. Приложения с дополненной реальностью - это программные продукты, в которых физический мир дополнен цифровыми данными в реальном времени, при помощи мобильных компьютерных устройств, а также программного инструментария для работы с ними.

Дополненную реальность достаточно просто определить тремя основными признаками.

1. Комбинирование реального и виртуального миров.

2. Интерактивность

3. Трехмерное представление объектов.

Существует мнение, что дополненная реальность - одна из разновидностей виртуальной, однако такое мнение в корне не верно из-за принципиального отличия алгоритмов взаимодействия с окружающей средой, которые AR-технология использует только для дополнения реального мира цифровыми объектами, в то время как VR технология полностью заменяет и конструирует новый искусственный мир.

8

Большинство инструментов для создания дополненной реальности кроссплатформенные, поэтому, независимо от мобильной платформы, для которой пишется приложение, инструментарий обязательно включает 2 элемента: SDK разработчик и экосистему AR-технологии.

Экосистема AR-технологии - это целый комплекс, включающий надстраиваемый над SDK пакет (Vuforia, Metatio), hardware-устройство для захвата изображения (Microsoft Kinect, PlayStation Eye, мобильные оптические сенсоры), гарнитуры для тестирования и использования (Vuzix M100, Google Glass).

Основной элемент экосистемы AR - надстраиваемый над SDK пакет для разработки связанных с дополненной реальностью элементов приложения (AR фреймворк). Самый распространенный, на данный момент, AR-фреймворк - Qualcomm Vuforia [7] в связке с SDK Unity 3D, специализирующийся на создание софта для операционных систем iOS, Android, Windows Phone, Blackberry OS и обладающий самым большим функционалом. Также существуют следующие AR-фреймворки:

• Metatio SDK - пакет, впервые использовавший облачную загрузку данных и встроенный Target Manager и специализирующийся именно на этом направлении. Был оптимизирован при поддержке и помощи Intel под ее платформы, благодаря чему на мобильных платформах Intel приложения с элементами дополненной реальности работают точнее и стабильнее, если разработаны в Metatio SDK [6].

• D'fusion - инструментарий разработчика для создания приложений дополненной реальности, обладающий высоким уровнем взаимодействия с движком Nvidia PhysX, что позволяет выйти на новый уровень в разработке программного обеспечения. Позволяет экспортировать 3D-объекты из программных продуктов компании Autodesk, таких как Autodesk Maya и Autodesk 3ds Max [5].

• AR-media - плагин для 3D-редакторов, таких как Autodesk Maya, Autodesk 3ds Max, SketchUp и Cinema 4D [3], позволяющий визуализировать цифровое рабочее пространство на рабочий стол пользователя, использую web камеру (рис. 1).

• Artoolkit - программная библиотека, использующая стандартный для всех AR инструментов алгоритм работы, зато полностью бесплатная и с открытым исходным кодом, оптимизированная для широкого перечня платформ [4].

Как же происходит сам процесс дополнения реальности? Для добавления цифрового объекта нужно в реальном мире обозначить объект-мишень (таргет), идентифицируя который, приложение может

9

Рис. 1. Создание дополненной реальности с помощью плагина AR-media

идентифицировать какой виртуальный объект с какими параметрами и где нужно расположить. Самый простой и распространенный таргет -простая картинка с большим количеством контрастных деталей, на основе которой и происходит дальнейшее распознавание того, что попало в объектив камеры.

Таргеты для 3D-объектов представляют собой прямоугольный параллелепипед, у которого стороны - простые таргеты изображений, или усеченный конус, у которого оба основания и боковая поверхность - так же простые таргеты. Существует возможность в качестве таргета задать рамку с любой картинкой внутри или текст. Помимо этого, в качестве таргета можно использовать картинку, полученную с камеры устройства непосредственно во время работы приложения. Особенно удобно то, что любая мишень не обязательно должна постоянно полностью находиться в кадре. Чтобы поворачивать дополненную сцену под самыми разными углами, достаточно небольшой части таргета.

Все таргеты, задействованные в приложении, можно хранить как внутри него в базе данных, так и использовать для этого облачный сервис.

Контент приложений с дополненной реальностью тоже обладает хорошим диапазоном возможностей. Основное содержимое -это 3D-модели, как статические, так и со сложной анимацией, видео и картинки. Так же можно добавить виртуальные кнопки, с которыми можно взаимодействовать реальными объектами. Например, прикосновение руки в камере к виртуальной кнопке вызывает запуск анимации объекта. Так же реальность можно не только дополнять, но и замещать, оперируя изображениями, которые поступают на камеру в реальном времени. Это используется, например, в кроссплатформенной мобильной программе-переводчике WorldLens (рис. 2).

10

Рис. 2. Перевод в режиме дополненной реальности в программе WorldLens

Для функционирования AR-приложений достаточно стандартного оптического сенсора и графического чипа любого мобильного устройства. Так же существуют более сложные и специализированные устройства, для работы с дополненной реальностью, например, Google Glass, Vuzix M100, Epson Moverio. Использование гироскопов в данных устройствах позволяет пользователю ориентироваться в пространстве, высококачественные оптические линзы выводят четкость изображение на новый уровень, графические чипы нового поколения значительно оптимизируют процесс стабилизации, в общем, на данный момент активно развивающаяся техническая и программная базы дополненной реальности открывают этому направлению широкоформатные перспективы.

Уже сейчас, дополненная реальность активно используется в медицине, а именно, для обучения медперсонала и повышения качества проводимых процедур, в полиграфии и образовательной сфере для более наглядного и интуитивно понятного восприятия материала, в сфере маркетинга, рекламы и бизнеса для повышения уровня заинтересованности потребителя и увеличения продаж за счет инновационной подачи информации, в урбанистке для расширения справочной системы и т.д.

Применение дополненной реальности при создании пользовательских интерфейсов является шагом к совершенствованию человеко-машинного взаимодействия за счет повышения естественности и удобства использования [1].

В перспективе, если учитывать, что уже существуют очки дополненной реальности, которые в недалеком будущем вполне могут заменить контактные линзы с тем же функционалом, а также то, с какой

11

скоростью развивается сама AR-технология, можно с уверенностью утверждать, что внедрение дополненной реальности во все сферы жизни общества - вопрос времени.

Библиографический список

1. Кравцов А.А. Использование технологии дополненной реальности для визуализации виртуального объекта в реальном интерьере // Научный журнал КубГАУ. - 2012. - №84(10).

2. Яковлев Б.С, Пустов С.И. Классификация и перспективные направления использования технологии дополненной реальности // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. - 2013. - № 3. - C. 484.

3. AR-media [Электронный ресурс]. URL: http://

www.armedia.it/index.php. (Дата обращения: 21.03.2015).

4. Artoolkit [Электронный ресурс]. URL: http://

www.hitl.washington.edu/artoolkit/. (Дата обращения: 21.03.2015).

5. D'Fusion Studio [Электронный ресурс]. URL: http://www.t immersion.com/products/dfusion-suite/dfusion-studio. (Дата обращения: 21.03.2015).

6. Metaio SDK: дополненная реальность стала полнее [Электронный ресурс]. URL: http://habrahabr.ru/company/intel/blog/198716/. (Дата обращения: 21.03.2015).

7. Qualcomm Vuforia [Электронный ресурс]. URL: https:// www.qualcomm.com/products/vuforia. (Дата обращения: 21.03.2015).

12