Мобильные устройства непрерывно совершенствуются и постепенно трансформируются в своеобразное электронное "окно" в окружающий мир, которое будет предоставлять нам дополнительную и необходимую в конкретный момент времени информацию. Это может быть что угодно, от информации об увиденном памятнике архитектуры до расписания ближайших авиарейсов. [3,4,5,6]

Прогресс в данной области в значительной степени определяется развитием соответствующих технологий. Одним из главных примеров этого можно назвать концепцию "дополненной реальности" (англ. augmented reality, AR), которая считается очень перспективной в аспекте ближайшего будущего.

Дополненная реальность - это дословный перевод фразы augmented reality (аббревиатура AR). Термином augmented reality называют симбиоз нашей реальности, и виртуальной, компьютерной. Другими словами, дополненная реальность - это визуальное дополнение реального мира, путем проецирования и введения каких-либо виртуальных, мнимых объектов на настоящее пространство (на экране компьютера, телефона и подобных устройств). Бывает, что в качестве синонимов используют словосочетания "Расширенная реальность", иногда "Улучшенная реальность", и еще реже "Обогащенная реальность".

Первые наработки в области расширенной (дополненной) реальности датируются 1960-ми годами, но современное понимание технологии сформировалось лишь в конце XX века. Идея воплощения дополненной реальности родилась еще до появления мобильной индустрии, а именно в 1990 году. С самого начала она была нацелена на решение сугубо прикладных задач. Специалисты компании Boeing Том Коделл (Tom Caudell) и Дэвид Майзелл (David Maisel) взялись облегчить работу сборщикам пассажирских самолетов.

Проблема заключалась в сложности прокладки тысяч кабелей, требующей точности и безошибочности. Рабочим приходилось постоянно сверяться с чертежами, что замедляло темп выполнения работ. Так и родилась мысль оснастить сотрудников компании специальными устройствами, которые бы накладывали на видимую глазами область пространства виртуальные объекты, надписи и схемы, предоставляющие необходимую информацию в реальном времени. Таким образом, рабочие могли бы видеть, какой кабель в каком месте надо проложить, какие детали и как соединить. Экономилось бы время, ранее требуемое для обращения к бумажным схемам.

Данная задача была успешно разрешена путем создания переносных наголовных дисплеев, выводящих нужную информацию. Проблема осталась в эргономике такого аппаратного решения - шлемы были тяжелы, а кроме того, длительное их использование утомляло глаза. После нескольких преобразований подобных технических комплексов стало ясно, что для массового применения реализация дополненной реальности в таком виде не годится. Но, это не означало, что дополненная реальность перестала быть интересной технологией для различных отраслей промышленности, исследовательских предприятий и так далее.

Существует несколько определений дополненной реальности. В 1994 году Пол Милгром (Paul Milgram) и Фумио Кисино (Fumio Kishino) описали "Континуум Виртуальность" (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). Еще одно определение: дополненная реальность - добавление к поступающим из реального мира ощущениям мнимых объектов, обычно вспомогательно-информативного свойства. В западном научном сообществе данное направление получило четкий устоявшийся термин - Augmented Reality (AR).

Исследователь Рональд Азума (Ronald Azuma) в 1997 году определил дополненную реальность как систему, которая:

1 совмещает виртуальное и реальное;

2 взаимодействует в реальном времени;

3 работает в 3D.

Не следует путать дополненную реальность с виртуальной. Их коренное различие в том, что дополненная реальность вносит отдельные искусственные элементы в восприятие реального мира, а виртуальная реальность конструирует новый искусственный мир.

Metroshka

Еще один интересный вариант дополненной реальности предлагает компания AiLove (www.ailove.ru), демонстрирующая свои возможности с помощью приложения Metroshka, которое указывает путь к ближайшим станциям метро. На данный момент этот проект реализован в Москве, Санкт-Петербурге и Киеве.

Приложение работает на смартфонах AppleiPhone и его можно загрузить из онлайнового магазина AppleAppStore. После того как пользователь это сделает, ему просто надо запустить приложение Metroshka. Достаточно навести фотокамеру смартфона на улицу и на экране появится информация, о том какие станции метро расположены поблизости, а также расстояние до них и направление движения.

Как правило, требования приложений дополненной реальности вполне разумны и подходят для многих современных моделей смартфонов. Обычно достаточно наличия камеры, GPS-приемника и сопутствующего ему электронного компаса, а также доступа в Интернет для загрузки дополнительных данных.

Это необходимый минимум, на который следует ориентироваться, если вы подбираете телефон для дополненной реальности. Кроме того, использование технологии дополненной реальности требует постоянного подключения к Интернету, поэтому лучше для этого выбрать тарифный план с безлимитным мобильным Интернетом.

1.2.2 Проекты дополненной реальности

Смартфон с 3D-экраном (LG Optimus 3D)

Будущее расширенной реальности связывают со стереоскопическими технологиями, и первые наработки в этом направлении уже поступили в продажу.

Смартфон LG Optimus 3D с трехмерным дисплеем работает под управлением операционной системы Google Android и позволяет обойтись без специальных очков для просмотра 3D-контента. Помимо трехмерных игр и видео южнокорейский индустриальный гигант основное внимание сделал на навигационные приложения нового поколения. В смартфоне используется система Wikitude, которая отображает стереокарту местности с информационными метками на 12 языках мира. База данных Wikitude содержит более 100 миллионов меток с данными о достопримечательностях мира и способна собирать дополнительные сведения со сторонних веб-сервисов и из социальных сетей.

Навигационные очки (AV Walker)

В большом мегаполисе поможет не потеряться система расширенной реальности AV Walker, разработанная японскими компаниями Olympus и NTT Docomo.

Решение состоит из двух частей - встроенного в очки проектора, транслирующего изображение на сетчатку глаза пользователя, и установленного на смартфоне программного обеспечения. А для ориентации на местности используются акселерометр, гироскоп и навигационный модуль GPS. Идея интерактивных очков не нова, но AV Walker является одной из немногочисленных подобных систем, готовых к применению уже сейчас.

Японские компании Olympus и NTT Docomo продолжают улучшать этот проект. Например, его вес удалось снизить с 91 до 20 г.

Существенно оптимизирован и проектор системы: теперь он проецирует изображение в область сетчатки глаза, которая отвечает за периферийное зрение, тем самым не мешая сконцентрировать внимание на реальных объектах.

Очки для автомехаников (Технологии компании BMW)

Специально для работников своих станций технического обслуживания компания BMW создала очки со встроенным дисплеем, который дополняет реальную картину виртуальными объектами.

Автомеханику нужно лишь поочередно переводить взгляд с одной детали автомобиля на другую, а система с высокой точностью подскажет, какая из них нуждается в небольшом ремонте или полной замене. "Умные" очки также помогут быстро подобрать инструмент, который лучше всего подходит для выполнения текущей операции.

Помимо визуальной информации предоставляются еще и голосовые подсказки (через наушник). Таким образом, благодаря виртуальному помощнику техосмотр автомобиля проводится значительно быстрее. Качество обслуживания при этом не снижается, а время водителей экономится.

Электронные контактные линзы

Рисунок 1 - Электронная контактная линза

Концепт контактной линзы: 1 - микросхема со светодиодами, 2 - приёмник энергии и управляющий модуль, 3 - антенна, 4 - шина данных, 5 - прозрачный полимер, 6 - проекция изображения со светодиодов на сетчатку.

Эксперт по нано и биотехнологиям Бабак Парвиз (Babak A. Parviz) из "University of Washington” в Сиэтле со своими студентами уже имеют рабочий прототип линзы с одним встроенным светодиодом и кольцевой антенной в качестве источника питания (Рис.1). Подгонка схем к контактным линзам является сложной задачей. Полимеры не могут выдерживать температуры и химические вещества, используемых в масштабируемых микротехнологиях. Руководитель проекта Бабак Парвиз указывает: "Такие компоненты как питание и микро-светоизлучающий диод - должны изготавливаться отдельно, затем должны быть заключены в биологически совместимые материалы, и только потом помещены в мико-разрезы, на самих линзах". [9]

Так же существенная проблема заключается в питании такого устройства. Схема потребляет 330 микроватт и должна работать без батареек. Вместо них, было предложено использование кольцевой антенны, которая использует энергию близлежащего радиоисточника. Команда Парвиза уже провела тестирование на кролике.

Будущие опытные версии линз будут питаться от мобильного телефона пользователя, так же как, и принимать информацию на объектив. Они будут иметь большое количество пикселей и массив микролинз, для фокусировки изображений. Примерами применения таких линз с точки зрения изобретателей служат: чтение субтитров переведенных переводчиком, GPS указатель, и захват изображений. Линзы также могут быть использованы как головные дисплеи пилотами и геймерами.

Но, уже на данном этапе, линзе, с единственным светодиодом, найдено применение. Встраивая различные датчики, можно определять концентрацию различных молекул, например глюкозы. Это, несомненно, поможет людям страдающим диабетом определить уровень сахара в крови, не прокалывая палец.

Карта на лобовом стекле автомобиля (3D Head Up Display)

Технология расширенной реальности активно применяется в навигационных системах.

Больше всех в этой области достигли разработчики навигатора Volumetric 3D Head Up Display, решившие при помощи лазеров проецировать изображение прямо на лобовое стекло автомобиля. Речь идет не о целой карте местности, которая бы существенно осложнила видимость, а лишь об указывающей направление движения линии. Водителю больше не придется переводить взгляд с автострады на экран навигатора, чтобы узнать, на каком перекрестке свернуть. Система дополненной реальности Volumetric 3D Head Up Display может работать в любом автомобиле, так как не требует специального покрытия лобового стекла и особых условий эксплуатации.

ARTag

Канадские учённые одни из первых нашли способ применять баркоды для технологии дополненной реальности. Они разработали технологию ARTag, которая позволяет компьютеру проецировать трёхмерные изображения на объекты реального мира. Например, можно расположить виртуальную трёхмерную карту города на реальном письменном столе - только, чтобы увидеть эту карту понадобиться смотреть на стол через видеокамеру, подключённую к компьютеру. Другими словами, ARTag - это технология маркеров в дополненной реальности. В ней 3D-модель привязывается к реальному изображению в соответствии с 2D-штрих - кодовыми метками (Рис.2).

Рисунок 2 - Пример 2D-штрих - кодовой метки, в котором закодирован специальный трехмерный объект

Виртуальная карта может быть интерактивной - по её улицам могут ездить автомобили, ходить люди, двигаться другие объекты - и всё это будет отображаться в режиме реального времени на обыкновенном столе. Для того чтобы повернуть этот город, или посмотреть на него с другой стороны, достаточно будет всего лишь обойти стол, не нужно двигать мышкой, или совершать другие действия с компьютером и клавиатурой.

Также к этому технологии можно применить систему "Волшебные очки" (Magic Lence). Благодаря этим очкам можно увидеть на проекции виртуальной карты города как по улицам ездят танки, или маленькие дети играют в стрелялки.

Кроме того, была ещё создана другая система "Волшебное зеркало" (Magic Mirror), которая позволяет проецировать 3D изображение на своё собственное тело и посмотреть на результат на мониторе компьютера. К примеру, если у пользователя появится желание примерить рыцарский доспех, для этого ему необходимо надеть жилетку с наклеенными на нее специальными баркодами или маркерами.

Для того чтобы использовать эту технологию необходимо:

1 нужен компьютер или ноутбук;

2 необходима web-камера, подключенная к компьютеру;

3 необходимо специальное программное обеспечение и доступ в Интернет;

4 сам маркер, в котором закодирован специальный трехмерный объект (Рис.2).

Для того чтобы технология работала, необходимо:

1 запустить специальную программу на компьютере или зайти на нужную страницу в Интернете;

2 поднести маркер к камере;

3 на экране монитора появится изображение объекта.

Вращение и наклон листа с меткой вызывает вращение и наклон объекта на экране.

Эта технология сейчас очень востребована во многих сферах.

1. Печать меток в рекламных буклетах и проспектах дает хороший результат, так как необычные метки привлекают читателей.

2. Печать меток в приглашениях на различные презентации вызывает дополнительный интерес к презентации.

3. Для демонстрации трехмерного изображения здания, строения.

4. Для создания интерактивного каталога или виртуальной примерочной.

5. Для виртуальной демонстрации продукции на выставках.

За последние два года разработками подобного типа проектов занимаются многие компании из разных стран.

1.2.3 Развивающиеся проекты дополненной реальности

Управление жестами (Mobile Surface)

Компания Microsoft создала альтернативный способ управления смартфонами. Разрабатываемый проект получил название Mobile Surface и состоит из трех основных компонентов - проектора, камеры и программного обеспечения. Проектор транслирует изображение интерфейса на плоскую поверхность, например стол, а установленная в смартфоне программа реагирует на движения рук, зафиксированные камерой. Технология Mobile Surface поддерживает Multitouch-жесты, что позволяет руками масштабировать и вращать виртуальные объекты. Учитывая тот факт, что некоторые модели смартфонов уже сейчас оснащаются проекторами (Samsung Beam и LG eXpo), разработка компании Microsoft выглядит очень перспективной.

Комплект для пассажиров

Японский автомобилестроительный концерн Toyota представил целый ряд разработок в области дополненной реальности на автомобильных стеклах под общим названием "Окно в мир". Проект преследует сразу две цели - информативную и развлекательную. Первая предполагает возможность "приближать" выбранные объекты путем увеличения, высчитывать точное расстояние до них, а также переводить текст с иностранного языка (например, вывески на заведениях и надписи на рекламных щитах). Развлечься во время длительных поездок пассажирам поможет карта ночного неба с детальной информацией о созвездиях. А технология, позволяющая рисовать пальцем на стекле и затем совмещать получившиеся рисунки с окружающей местностью, обязательно понравится детям.

Проект компании Metaio

Компания Metaio создала приложение для смартфонов под управлением операционной системы Google Android, которое позволяет раскрасить серый городской пейзаж во все цвета радуги. Программа работает следующим образом: на фотографии города в режиме реального времени накладываются объемные виртуальные объекты. Предыдущие проекты могли обрабатывать лишь плоское изображение, но современные смартфоны на базе мощных двуядерных процессоров позволили воплотить в жизнь трехмерную разработку Metaio. Избежать неточностей наложения и артефактов виртуальной картинки помогают датчик движения и GPS-модуль смартфона. В ближайшем будущем каждый пользователь через объектив камеры смартфона сможет по-новому увидеть родной город, благодаря проекту компании Metaio.

1.2.4 Идеи и концепты

Перспективность многих идей не вызывает сомнения, но пока технологии не позволяют воплотить их в жизнь.

Развивающийся концепт, созданный учеными из Университета Карнеги - Меллон совместно с компанией Denso

В будущем для облегчения работы водителей будет помогать система на основе дополненной реальности, созданная учеными из Университета Карнеги - Меллон совместно с компанией Denso. Она позволяет увидеть участок дороги, скрытый препятствием, и даже заглянуть за поворот "сквозь" здание. Решение построено с применением двух камер: первая следит за направлением взгляда водителя, вторая - за дорогой. Система получает оперативную информацию от сети камер дорожного видеонаблюдения и проецирует на лобовое стекло автомобиля полупрозрачное изображение той части дороги, которая находится за препятствием. При этом картинка отображается под таким углом, чтобы выглядеть максимально естественно с места водителя.

Таким образом, не исключено, что через несколько лет данная технология станет одной из дополнительных опций, которыми сегодня комплектуются автомобили.

Бесконтактный интерфейс

Компьютерная индустрия развивалась на протяжении долгих десятилетий, но все это время для взаимодействия человека с электронным устройством требовался непосредственный контакт (клавиатура, мышь, джойстик, сенсорный экран). Поэтому ведущие технологические дизайнеры мира работают над созданием революционно нового способа ввода данных - бесконтактного интерфейса. В основе данной концепции лежит технология дополненной реальности, которая не только проецирует виртуальный интерфейс на любую поверхность, но и создает голограмму в воздухе. Но, чтобы преодолеть расстояние между разработкой концепции и ее массовым применением, потребуется немало времени. Поэтому, в ближайшем будущем данное технологическое новшество не появится.