Исследовательская работа на тему: «Дополненная реальность»

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МОРСКОЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ АДМИРАЛА Ф.Ф. УШАКОВА» Исследовательская  работа Тема:  «Дополненная реальность» Автор  работы: Ломакина Анна ГМУ им. Ушакова  Руководитель: Лопатин Михаил Сергеевич кандидат физико­математических наук  доцент кафедры ИСиТ  ГМУ имени адмирала Ушакова   г. Новороссийск 2017 г. СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………….….3 АКТУАЛЬНОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ…………………………………………………………………………………………………… ……………………3 ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ…………………………………………………………………………………………………… ……………………3 1. ГЛАВА 1. ЧТО ТАКОЕ ВИРТУАЛЬНАЯ РЕАЛЬНОСТЬ………. …………………………………………………………….…………………….3 2. ГЛАВА 2. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ВИРТУАЛЬНОЙ РЕАЛЬНОСТИ……………………………………………………………4 2. ГЛАВА 2.1. ВИРТУАЛЬНАЯ РЕАЛЬНОСТЬ В ТРЕХМЕРНОЙ ГРАФИКЕ…………………………………………………………………4 3. ГЛАВА 3. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ДОПОЛНЕННОЙ РЕАЛЬНОСТИ………………………………………………………...4 3.ГЛАВА 3.1. ПРИМЕНЕНИЕ ДОПОЛНЕННОЙ РЕАЛЬНОСТИ В РАЗЛИЧНЫХ ОБЛАСТЯХ………………………………………..4 3.ГЛАВА 3. 2. AR……………………………………………………………………………………………………………………… ……………..5 3. ГЛАВА 3.3. ТЕХНОЛОГИИ AR. ДОПОЛНЕННАЯ РЕАЛЬНОСТЬ. КАК AR МОЖЕТ УЛУЧШИТЬ ВАШУ ЖИЗНЬ…….....6 4. ГЛАВА 4. СОЗДАНИЕ СИСТЕМ ВИРТУАЛЬНОЙ РЕАЛЬНОСТИ………………………………………………………………………………7 ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………….………….7 ВЫВОДЫ……………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………………...9 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………………………………………………………………………… …………………………………..9 ПРОЕКТЫ 2 ВВЕДЕНИЕ Одним из перспективных направлений ИТ­разработок является дополненная реальность. AR – это технология  наложения информации в форме текста, графики, аудио и других виртуальных объектов на реальные объекты в режиме  реального времени. Именно взаимодействие вычислительных устройств с картинкой реального мира отличает  дополненную реальность от виртуальной. Дополненная реальность имеет потенциал сделать отношения людей с  информацией более эргономичными. Данные будут автоматически доставляться пользователям в требуемом контексте  для различных ситуаций в повседневной жизни, таким образом, технология поднимет взаимодействие человека с  информацией на принципиально другой уровень. Технологии дополненной реальности уже не являются чем­то из области фантастики, они реализуются в  мобильных приложениях для смартфонов и планшетов. Однако наибольшие надежды и перспективы дополненной  реальности связаны с созданием устройств типа handsfree, что имеет определенные преимущества для определенного  круга пользователей. Такая технология будет востребована в разных сферах, начиная с вооруженных сил и полиции, для  решения задач лучшего ориентирования в темное время суток с наложением на изображение местности теплового  изображения людей и объектов с навигационными параметрами, до хирургов, постоянно имеющих в поле зрения  жизненно важные показатели пациента во время операции, а также механиков, выполняющих сложные ремонтные  операции, и даже для кормящих мам, у которых руки заняты ребенком, но при этом требуется выполнение ежедневных  хлопот. Продукты, основанные на дополненной реальности, позволят сделать более простым делом решение различных  задач в таких областях, как реклама, торговля, компьютерные игры, туризм, сборка мебели, ремонт автомобилей,  проектирование производства, дизайн офиса, покупка/аренда недвижимости и даже оформление публичных  представлений. АКТУАЛЬНОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ  Изобретение компьютеров стало одним из наиболее ярких достижений науки и техники XX века.  И на сегодняшний день технологии компьютерной виртуальной реальности как результат научно­технической революции, произошедшей в XX  веке, в связи с появлением электронно­вычислительных машин, стали основным фактором существования  информационного общества. А также компьютерная виртуальная реальность становится совершенно новым методом и  средством познания объективной реальности. Это новый шаг в методологии научного познания. Так уже сейчас  компьютерное моделирование является одним из эффективных научных методов познания. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ Целью данного  исследования является выявление основных характеристик компьютерной виртуальной реальности,  выявление специфики образов компьютерной виртуальной реальности, а также исследование процесса возникновения  образов компьютерной виртуальной реальности и способов их моделирования. Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи: • Определения основных характеристик компьютерной виртуальной реальности. Выявление специфики образов  компьютерной виртуальной реальности.  3 • Рассмотрение роли и значения  в моделировании образов компьютерной виртуальной реальности.  аа аа Глава 1. Что такое виртуальная реальность. Вирту льная ре льность, ВР, искусственная реальность, электронная реальность, компьютерная модель реальности  (англ. virtual reality, VR) — созданный техническими средствами мир (объекты и субъекты), передаваемый человеку  через его ощущения: зрение, слух, обоняние, осязание и другие. Виртуальная реальность имитирует как воздействие, так  и реакции на воздействие. Для создания убедительного комплекса ощущений реальности компьютерный синтез свойств и реакций виртуальной реальности производится в реальном времени. Объекты виртуальной реальности обычно ведут себя близко к поведению аналогичных объектов материальной  реальности. Пользователь может воздействовать на эти объекты в согласии с реальными законами физики (гравитация,  свойства воды, столкновение с предметами, отражение и т. п.). Однако часто в развлекательных целях пользователям  виртуальных миров позволяется больше, чем возможно в реальной жизни (например: летать, создавать любые предметы и т. п.)[1] Не следует путать виртуальную реальность с дополненной. Их коренное различие в том, что виртуальная конструирует  новый искусственный мир, а дополненная реальность лишь вносит отдельные искусственные элементы в восприятие  мира реального Глава 2. Практическое применение виртуальной реальности Виртуальную реальность используют для симуляции определенных процессов. Например, пилотов обучают на летных  симуляторах. Здесь виртуальная реальность представляет собой имитацию вида из окна кабины на дисплее компьютера  и имитацию обстановки самой кабины. Солдаты военно­морских сил США в виртуальной реальности тренируются  прыгать с парашютом, используя настоящие парашютные стропы и шлем виртуальной реальности со специальными  очками, через которые передается картинка прыжка из самолета. Специальными очками или даже информационной  перчаткой иногда пользуются дизайнеры и ученые, чтобы буквально прикасаться к своему изобретению. При этом  человек реально ощущает пальцами прикосновение к виртуальным предметам и действия механических сил благодаря  функциям "тактильной отдачи" и "силовой отдачи" (Force Feedback).  2.1 Виртуальная реальность в трехмерной графике Особенную популярность понятие "виртуальная реальность" приобрело в области трехмерных компьютерных игр и  фильмов. Для просмотра 3D­фильмов требуется 3D­телевизор c дополнительными стереоочками или  автостереоскопический 3D­дисплей. Виртуальная реальность в трехмерных компьютерных играх создается посредством  сложных программных решений, таких как DirectX. DirectX создает "живые" сцены игры с качающимися на ветру  деревьями, виртуальными животными с прорисованной до каждого волоска шерстью или морями с зеркальной  поверхностью. Помимо этого, виртуальная реальность используется в архитектуре. Так, архитекторы с помощью  специальных CAD­программ или трехмерных редакторов создают на компьютере объемные модели зданий, по которым  можно совершить виртуальную прогулку и осмотреть их. Глава 3. Практическое применение дополненной реальности Сегодня виртуальный мир смело конкурирует с привычной нам реальностью. Однако стоит только заменить  конкуренцию на активное взаимодействие и получается ультрасовременная технология – дополненная  реальность, или Augmented Reality (AR).  Ставшая маркетинговым трендом, эта технология позволяет уникальным образом сочетать виртуальные объекты с окружающей действительностью в режиме реального времени. В сфере мобильных технологий Augmented  Reality гармонично и крайне эффективно соединяет мир приложений с миром вещей.  3.1 Применение дополненной реальности в различных областях: Недвижимость Дополненная реальность – самое наглядное решение для презентации объектов недвижимости различных  категорий: от коттеджа до многоквартирного комплекса. Благодаря интерактивности, применение augmented  reality несет практическое применение в выборе будущего жилья. Кроме ВАУ­эффекта технология представляет инновационный канал для продвижения и продаж объектов недвижимости.  4 Мебель Благодаря использованию augmented reality возможно организовать примерку конкретной модели мебели в своем интерьере, с учетом реальных размеров и текстур. Функционал приложения Furniture Browser делает подбор  мебели простым и увлекательным занятием.   Автобизнес Применение дополненной реальности позволяет максимально подробно рассмотреть конкретную модель  автомобиля, уделив внимание каждой детали. Также возможна реализация интерактивных механик,  позволяющих взаимодействовать с 3D­моделью. Например, открыть дверь или капот.  Обувь и аксессуары Дополненная реальность предоставляет возможность рассмотреть интересующие модели во всех деталях и  проложить путь до ближайшего магазина, где можно приобрести выбранную пару И это лишь некоторые возможности технологии AR, которые доступны для использования в развитии бизнеса.  5 Для компаний, ведущих коммерческую деятельность в других областях, будут разработаны соответствующие  уникальные мобильные приложения. Отвечая всем требованиям и современным тенденциям, такие приложения  выдвинут компанию на первые позиции в своей отрасли. 3.2   Проекты augmented reality Semapedia — проект по привязке статей Википедии к местами в нашем обычном мире. Люди рисуют (наклеивают,  устанавливают, каким­либо образом наносят изображение) штрихкоды на реальные объекты, что позволяет позволяет  людям со смартфонами, или обычными телефонами используя камеру, декодировать адрес статьи в Википедии из кода  «semacode». Чаще всего используются QRcode, MatrixCode. ARTag — это специальная программа, анализирующая изображение с камеры, декодирующая штрихкод. На место этого  штрихкода она вставляет в кадр 3d­модель, которая соответствуют этому коду. Layar — сервис Layar, созданный голландцами позволяет с помощью смартфонов (Android, iOS, OVI) в реальном  времени через камеру получать доступ к информации об окружающем вас мире. Это может быть все что угодно –  гостиницы, памятники, музеи, рестораны и кафе, и прочие социальных местах. Layar является одним из самых известных и скачиваемых (36 миллионов загрузок, и это число растёт) браузеров дополненной реальности для смартфонов. С его  помощью вы можете наложить на видимую вами картину реального мира достопримечательности, фотографии в  Instagram и различные другие «слои» информации и контента. Также компания работает с издателями над созданием  интерактивного контента для журналов, сайтов, рекламных акций и всего в этом духе. BARS + ARQuake — BARS использует ту же концепцию, что и ARQuake, но делает это гораздо более практичным  способом, помогая солдатам эффективнее действовать при столкновениях с противником в сложных городских  условиях. 3.3  Технологии AR. Дополненная реальность. Как AR может улучшить Вашу жизнь.  Сегодня виртуальный мир смело конкурирует с привычной нам реальностью. Однако стоит только заменить  конкуренцию на активное взаимодействие и получается ультрасовременная технология – дополненная  реальность, или Augmented Reality (AR).  Ставшая маркетинговым трендом, эта технология позволяет уникальным образом сочетать виртуальные объекты с окружающей действительностью в режиме реального времени. В сфере мобильных технологий Augmented  Reality гармонично и крайне эффективно соединяет мир приложений с миром вещей.  1) Исследование города Вы находитесь в незнакомом квартале или вообще новом городе? Возьмите AR­приложение, которое наглядно  показывает, что находится вокруг вас и куда вам нужно идти. В таких приложениях есть фильтрация по  категории, позволяющая найти именно то, что нужно, будь то кофейня, ресторан или музей. При этом можно не  бояться пойти не в том направлении, потому что программа автоматически перестраивается исходя из того, что  вы видите, поэтому всегда правильно скажет, куда повернуть, чтобы прийти в нужную точку, а не просто  констатирует, что нужно идти на северо­восток (а как узнать, где он находится, уже ваши проблемы). И AR­ программы подобного рода City Lens от Nokia, Wikitude, Junaio от Metaio,. Другой интересный способ просмотра города состоит в наложении такой трёхмерной карты, которая будет  показывать, как это место выглядело в прошлом. Например, в Бродвее можно «увидеть» кареты,  припаркованные у старинных салонов. Точно так же можно накладывать какие­то исторические объекты поверх  реального вида. Скажем, в центре Нью­Йорка телефон может определять свое положение по GPS и показывать  пользователю ту стену, от которой пошло название Уолл­стрит (букв. Стенная улица), припаркованные кареты и  лавку сапожника на углу. Вы словно прогуляетесь по учебнику истории. 2) Музеи Пришли в музей? Metaio сделала интеграцию с Британским музеем, где расставила AR­хотспоты с  дополнительной информацией. AR­браузер Junaio «присоединяет» эту информацию прямо к картинам, так что  можно не покупать аудиоэкскурсии. В Metaio также экспериментировали с трёхмерными виртуальными  «экскурсоводами», которые стоят в разных местах музея — но видимы только через браузер, — и всегда готовы  рассказать о ближайших экспонатах. Это может быть полезно в больших музеях, таких как Лувр или нью­ йоркский Метрополитен, где карты не всегда могут привести к нужному месту. 3) Поход за покупками С помощью дополненной реальности можно смотреть виртуальные каталоги одежды от любимых брендов, делать покупки прямо в журнале «Эсквайр» (или прогуливаться по виртуальному магазину без всяких очередей. 6 Дополненная реальность кардинально изменит коммерцию, считает Вивиан Розенталь из фирмы Goldrun. Она  создала временный AR­магазин Airwalk в парке Нью­Йорка. Дополненная реальность может превращать такие  привычные места, как парки и аэропорты, в настоящие торговые центры. Однако настоящие магазины тоже могут использовать дополненную реальность. Например, можно показывать  прямо на полках товары, которые скоро появятся в продаже или которые есть в продаже, но в другом магазине.  Более того, скоро такие товары можно будет даже почувствовать на вкус и запах, и тоже с помощью телефона. 4) Обслуживание клиентов Никто не любит звонить в службы поддержки. Всегда приходится или долго ждать, или слушать длинные тексты робота.  Но в будущем, если у вас возникнут проблемы при настройке Apple TV или вдруг отвалится кабель, служба поддержки  может сама прийти к вам домой. C помощью AR­ПО от Metaio сотрудник поддержки может получить доступ к камере и затем в реальном времени  накладывать свои инструкции на то, что «видит» камера, помогая вам решать проблему на месте. Вы не просто слышите  стандартные инструкции типа «отсоедините красный провод» или «проверьте порт», но сотрудник проходит с вами  через весь процесс и визуально показывает вам, что и как делать, что гораздо эффективнее. 5) Перестановки и украшение дома Дополненная реальность может здорово выручить, когда нужно переставить мебель. Нет ничего хуже, чем, купив  мебель, оплатив доставку и подъём мебели на пятый этаж, обнаружить, что а) она не влезает в дверь или б) выглядит,  как гулливерский диван в мире лилипутов. А теперь представьте, что вы с помощью специального приложения можете  виртуально расставлять в своей квартире кровать от Macy, комод от IKEA (а IKEA уже экспериментирует с AR) и  диван­кровать от Jennifer Convertibles и своими глазами видеть, как и где они будут стоять — но ещё до покупки всего  этого? Глава 4. Создание систем виртуальной реальности Данные системы могут использованы для повышения эффективности и без того достаточно высокой эффективности  обучения при использовании компьютерных имитационных тренажеров. К основным направлениям, используемым при  создании систем виртуальной реальности 1) Объемная визуализация Объемная визуализация позволяет воспринимать большее количество информации по сравнению с плоским  изображением, в частности более точно оценивать размеры объекта, освещенность пространство и т.д. Наиболее  распространенной технологий, реализации объемной визуализации является технология стереоскопии, используемая в  очках и шлемах виртуальной реальности. 2) Панорамная визуализация Панорамная визуализация обеспечивает отображение изображения с охватом до 180 градусов, позволяя задействовать  периферическое зрение пользователя. В системах виртуальной реальности звук используется для усиления эффекта  присутствия. Для этого используются различные технологии, эмулирующие поведение звука в реальном мире, такие как  7 отражение звука, прохождение звука через препятствие, при этом учитывается расположение и удаленность источника  звука. Позиционирование пользователя в виртуальном пространстве может быть реализовано на основе систем захвата  движения, использующих магнитный, ультразвуковой, оптический, механический или инерционный принципы. Система имитации воздействия среды (осязания) обеспечивает имитацию силового сопротивления (необходимость  приложения силы) при взаимодействии с виртуальными объектами. Устройства имитации осязания могут быть  представлены, как простой перчаткой с сенсорным контактом, так и полной моделью, обеспечивающей силовое  сопротивление во всех суставах рук или ног. При создании имитаторов движущейся техники (машины, самолеты,  вертолеты и т. д.) применяются силовые платформы. Технология дополненной реальности обеспечивает дополнение реальности любыми виртуальными элементами.  Реализация данной технологии может быть выполнена на основе специальных, поддерживающих данную технологию  шлемах виртуальной реальности. Основные этапы создания системы виртуально реальности: 1. Определение стоящих перед заказчиком целей и задач создания системы виртуальной реальности 2. Определение систем, к которым необходимо обеспечить подключение системы виртуальной реальности 8 3. Определение состава элементов создаваемой системы виртуальной реальности (шлем, перчатки виртуальной  реальности, система захвата движения и т.д.) 4. Разработка технического задания на создание системы виртуальной реальности, включающее спецификацию  оборудования, обеспечение подключение системы виртуальной реальности к целевой системе, развертывание системы и  обучение персонала 6. Заключение договора 7. Поставка элементов системы виртуальной реальности 8. Обеспечение подключения системы виртуальной реальности к целевой системе 9. Развертывание системы 10. Обучение сотрудников Заказчиков работе с системой виртуальной реальности Заключение Мы видели возможности секретных сообщений, скрытых виртуальных экскурсий по городу, а также возможное  будущее, в котором любое ваше устройство сможет предоставить контекстно­релевантную, своевременную информацию может быть даже раньше, чем вы узнаете о её необходимости. Нельзя отрицать, что множество применений из увиденных нами в дополненной реальности до сих пор эксплуатировали  её новизну, но вокруг неё чувствуется созревание других технологий (батареи, точность GPS, вычислительная мощность  в ряде устройств и так далее), и мы достигли момента, в котором начинаем видеть некоторое из настоящего стартового  потенциала. Может быть это не вполне та дополненная реальность, которая охватывает описанные здесь цели, но система компании  Orcam для людей с различными офтальмологическими проблемами, похоже, способна менять их жизни. Использование  очков с маленькой камерой, снабжённых технологией распознавания объектов и жестов, целым набором вычислительных возможностей и динамиком костной проводимости, может позволить людям со слабым зрением ориентироваться в мире  с относительной лёгкостью. Возможно, это не совсем соответствует значению термина «дополненная реальность», к  которому мы привыкли, но это безусловно дополнение реальности пользователей — просто вывод в этом кейсе  осуществляется с помощью звука, а не визуально. Потенциал дополненной реальности представляется разным для разных пользователей. Для потребителя в один  прекрасный день это может быть максимальное удобство — предоставление информации обо всём, что те когда­либо  хотели знать — о людях, местах, предметах, политике (RedEdge уже работает над своим приложением Augmented  Advocacy для Glass) и всём остальном прямо их вашими глазами, на запястье или через устройство любого другого  назначения. Для производства или тяжёлой промышленности это финальный пробный прогон. Для издателей и  маркетологов это возможность взаимодействовать с их целевой аудитории за пределами страниц. И для людей, которые  едва могут видеть, это — шанс узнавать мир так, как было невозможно раньше. С применениями технологии, теперь развивающейся во множестве различных направлений, ясно, что дополненная  реальность как индустрия не колеблется в дополнении собственного будущего. Итак, выделены следующие основные свойства компьютерной виртуальной реальности, такие как интерактивность,  иммерсивность и свойство воображения. Выводы 1. Отличительными свойствами компьютерной виртуальной реальности являются интерактивность, иммерсивность и  свойство воображения. Первые два свойства тесно связаны с развитием технологий моделирования объектов  компьютерной виртуальной реальности. В процессе интерактивного и иммерсивного взаимодействия с объектами  компьютерной виртуальной реальности происходит влияние на сенсорные ощущения индивида технически  синтезированными воздействиями.  9 2. Третьим основополагающим свойством компьютерной виртуальной реальности является воображение. Именно с его  помощью, путем воздействия на органы чувств, моделируются образы объектов компьютерного виртуального мира, на  основании впечатлений, полученных в физическом мире.  5. Основным свойством генерации компьютерной виртуальной реальности является процесс моделирования, который  противостоит имитационному процессу, где происходит воспроизведение только поверхностного сходства. Процесс  моделирования объектов компьютерной виртуальной реальности тесно связан с развитием и совершенствованием  компьютерных и информационных технологий. И их развитие оказывает возрастающее влияние на современников.  6. Виртуальные образы заставляют нас задуматься о природе нашей связи с реальностью. Если наш реальный мир  является ничем иным как образом, идеи которого у нас нет, тогда становится все более и более необходимым стереть  границы между тем, что мы зовем реальность и тем, что, как нам кажется, не является ее частью. От «виртуальной  реальности» до «искусственной реальности», от «синтетической окружающей среды» к «киберпространству», все эти  понятия обозначают не что иное как изображение, выполненное с помощью компьютера.  7. Образы компьютерной виртуальной реальности являются цифровыми синтезированными образами, моделируемыми  компьютером. Вследствие чего, одним из главных аспектов компьютерного моделирования является технический  аспект, который носит ограничительный характер. Так как, несмотря на высокий уровень развития информационных  технологий, все же остаются существенные ограничения на моделирование виртуальных образов. Другим важным  аспектом данного процесса является тот аспект, что воображение играет ключевую роль в моделировании образов  компьютерной виртуальной реальности. Это становится наиболее очевидным из анализа процесса моделирования  игровых образов компьютерной виртуальной реальности.  8. В отличие от телевизионных образов, образы компьютерной виртуальной реальности являются более четкими,  вследствие чего они легче воспринимаются пользователем. Образы компьютерной виртуальной реальности имеют  интерактивный характер. И именно вследствие этого, они могут восприниматься пользователем как реальные. 10