Čo je rozšírená realita - technológia, príklady a história

what is augmented reality technology

Tento komplexný výukový program vysvetľuje, čo je rozšírená realita a ako funguje. Dozviete sa tiež o technológii, príkladoch, histórii a aplikáciách AR:

Tento výukový program začína vysvetlením základov rozšírenej reality (AR) vrátane toho, čo to je a ako to funguje. Potom sa pozrieme na hlavné aplikácie AR, ako je vzdialená spolupráca, zdravie, hry, vzdelávanie a výroba, s bohatými príkladmi. Budeme tiež pokrývať hardvér, aplikácie, softvér a zariadenia používané v rozšírenej realite.

Tento výukový program sa bude zaoberať aj perspektívou trhu s rozšírenou realitou a problémami a výzvami okolo rôznych tém rozšírenej reality.

Čo sa dozviete:

• Čo je to rozšírená realita?
  • Definícia rozšírenej reality
  • Typy AR
    • # 1) AR založený na značkách
    • # 2) AR bez značky
    • # 3) AR založená na projekte
    • # 4) AR založený na superpozícii
  • Stručná história AR
• Ako funguje AR - technológia za tým
  • Technológia rozšírenej reality
  • Zariadenia a komponenty AR
  • Výhody AR
• Rozšírená realita vs Virtuálna realita vs zmiešaná realita
• Aplikácie rozšírenej reality
  • Príklad AR v reálnom živote
  • Vývoj a návrh pre AR
• Záver
  • Odporúčané čítanie

Čo je to rozšírená realita?

AR umožňuje prekrytie virtuálnych objektov v reálnych prostrediach v reálnom čase. Na nasledujúcom obrázku je znázornený muž, ktorý pomocou aplikácie IKEA AR navrhuje, vylepšuje a žije svoj vysnívaný domov.

(obrázok zdroj )

Definícia rozšírenej reality

Augmented Reality je definovaná ako technológia a metódy, ktoré umožňujú prekrývanie objektov a prostredí v reálnom svete pomocou 3D virtuálnych objektov pomocou zariadenia AR a umožňujú virtuálnemu komunikovať s objektmi v reálnom svete a vytvárať zamýšľané významy.

Na rozdiel od virtuálnej reality, ktorá sa snaží znovu vytvoriť a nahradiť celé prostredie v reálnom prostredí virtuálnym, je rozšírená realita o obohatení obrazu skutočného sveta o počítačom generované obrázky a digitálne informácie. Snaží sa zmeniť vnímanie pridaním videa, infografiky, obrázkov, zvuku a ďalších podrobností.

Vo vnútri zariadenia, ktoré vytvára obsah AR; virtuálne 3D obrázky sú prekryté na skutočných objektoch na základe ich geometrického vzťahu. Zariadenie musí byť schopné vypočítať polohu a orientáciu objektov týkajúcich sa ostatných. Kombinovaný obraz sa premieta na mobilné obrazovky, okuliare AR atď.

Na druhej strane sú zariadenia, ktoré používateľ nosí, aby mu umožnili prezeranie obsahu AR. Na rozdiel od headsety pre virtuálnu realitu ktoré úplne ponoria používateľov do simulovaných svetov, okuliare AR nie. Okuliare umožňujú pridanie, prekrytie virtuálneho objektu na objekt z reálneho sveta, napríklad umiestňovanie značiek AR na stroje na označenie oblastí opráv.

Užívateľ používajúci okuliare AR môže vidieť skutočný objekt alebo prostredie okolo seba, ale obohatený o virtuálny obraz.

Aj keď prvá aplikácia bola vo vojenskej a televíznej sieti od zavedenia tohto pojmu v roku 1990, AR sa v súčasnosti uplatňuje v hrách, vzdelávaní a odbornej príprave a v ďalších oblastiach. Väčšina z nich sa používa ako aplikácie AR, ktoré je možné nainštalovať do telefónov a počítačov. Dnes je vylepšená technológiou mobilných telefónov, ako sú GPS, 3G a 4G, a diaľkovým prieskumom.

Typy AR

Rozšírená realita je štyroch typov: bez značiek, na základe značiek, na základe projekcie a superimpozície na pozadí. Pozrime sa na ne podrobne jeden po druhom.

# 1) AR založený na značkách

Značka, ktorá je špeciálnym vizuálnym objektom, ako je špeciálny znak alebo čokoľvek, a kamera sa používajú na spustenie 3D digitálnych animácií. Systém bude počítať orientáciu a pozíciu trhu na efektívne umiestnenie obsahu.

Príklad AR založenej na značkách: Značková mobilná aplikácia pre AR.

(obrázok zdroj )

# 2) AR bez značky

Používa sa v udalostiach, obchodných a navigačných aplikáciách, napríklad technológia využíva informácie založené na polohe na určenie toho, aký obsah získa alebo nájde užívateľ v určitej oblasti. Môže používať GPS, kompasy, gyroskopy a akcelerometre, aké sa dajú použiť na mobilných telefónoch.

Nasledujúci príklad ukazuje, že AR bez markerov nepotrebuje žiadne fyzické značky na umiestnenie objektov v priestore reálneho sveta:

(obrázok zdroj )

# 3) AR založená na projekte

Tento druh využíva syntetické svetlo premietané na fyzické povrchy na detekciu interakcie používateľa s povrchmi. Používa sa na hologramoch ako v Hviezdnych vojnách a iných sci-fi filmoch.

Na nasledujúcom obrázku je príklad zobrazujúci projekciu meča v náhlavnej súprave AR založenej na projekte AR:

(obrázok zdroj )

# 4) AR založený na superpozícii

V takom prípade sa pôvodná položka úplne alebo čiastočne nahradí zväčšením. Nasledujúci príklad umožňuje používateľom umiestniť virtuálny nábytkový predmet na obrázok miestnosti so mierkou v aplikácii IKEA Catalog.

IKEA je príkladom AR založenej na superpozícii:

Stručná história AR

1968 : Ivan Sutherland a Bob Sproull vytvorili prvý displej na hlavu s primitívnou počítačovou grafikou.

Damoklov meč

(obrázok zdroj )

1975 : Videoplace, laboratórium AR, vytvoril Myron Krueger. Úlohou bolo dosiahnuť interakciu ľudského pohybu s digitálnymi vecami. Táto technológia bola neskôr použitá na projektoroch, kamerách a siluetách na obrazovke.

Myron Krueger

(obrázok zdroj )

základné otázky z rozhovorov html a css

1980: EyeTap, prvý prenosný počítač vyhraný pred očami, ktorý vyvinul Steve Mann. EyeTap zaznamenal obrázky a navrhol na ne ďalšie. Dalo sa to hrať pohybmi hlavy.

Steve Mann

(obrázok zdroj )

1987 : Prototyp Heads-Up Display (HUD) vyvinuli Douglas George a Robert Morris. Zobrazoval astronomické údaje nad skutočnou oblohou.

Automobilový priemysel HUD

1990 : Pojem rozšírená realita vytvorili Thomas Caudell a David Mizell, výskumníci spoločnosti Boeing.

David Mizell

aký je môj bezpečnostný kľúč wifi

Thomas Caudell

(obrázok zdroj )

1992: Virtual Fixtures, systém AR, vyvinula Louise Rosenberg z amerického letectva.

Virtuálne svietidlá:

(obrázok zdroj )

1999: Frank Deigado a Mike Abernathy a ich tím vedcov vyvinuli nový navigačný softvér, ktorý dokáže generovať údaje o dráhach a uliciach z videa z vrtuľníka.
2000: ARToolKit, open-source SDK, vyvinul japonský vedec Hirokazu Kato. Neskôr bol upravený pre prácu s Adobe.
2004: Vonkajší AR systém namontovaný na prilbe od spoločnosti Trimble Navigation.
2008: AR Travel Guide pre mobilné zariadenia s Androidom od spoločnosti Wikitude.
2013 doteraz: Google Glass s pripojením na internet cez Bluetooth, Windows HoloLens - ochranné okuliare AR so senzormi na zobrazovanie HD hologramov, hra Niantic’s Pokemon Go pre mobilné zariadenia.

Inteligentné okuliare:

(obrázok zdroj )

Ako funguje AR - technológia za tým

Prvou je generovanie obrazov skutočných prostredí. Druhá využíva technológiu, ktorá umožňuje prekrývanie 3D obrazov nad obrazmi objektov v reálnom svete. Treťou vecou je použitie technológie, ktorá umožňuje používateľom interagovať a pracovať so simulovaným prostredím.

AR sa môže zobrazovať na obrazovkách, okuliaroch, vreckových zariadeniach, mobilných telefónoch a displejoch pripevnených na hlavu.

Prečítajte si tiež = >> Najlepšie inteligentné okuliare AR

Preto máme AR na mobilnom telefóne, AR na hlavu, inteligentné okuliare AR a AR na webe. Náhlavné súpravy sú viac pohlcujúce ako mobilné a iné typy. Inteligentné okuliare sú nositeľné zariadenia AR, ktoré poskytujú pohľady z pohľadu prvej osoby, zatiaľ čo webové aplikácie nevyžadujú stiahnutie žiadnej aplikácie.

Konfigurácie AR okuliarov:

(obrázok zdroj )

Používa S.L.A.M. technológia (simultánna lokalizácia a mapovanie) a technológia sledovania hĺbky na výpočet vzdialenosti od objektu pomocou údajov senzora, okrem iných technológií.

Technológia rozšírenej reality

Technológia AR umožňuje zväčšenie v reálnom čase a toto zväčšenie sa deje v kontexte prostredia. Môžu byť použité animácie, obrázky, videá a 3D modely a používatelia môžu vidieť objekty v prirodzenom a syntetickom svetle.

Vizuálna SLAM:

(obrázok zdroj )

Technológia SLAM (Simultánna lokalizácia a mapovanie) je sada algoritmov, ktoré riešia súčasné problémy s lokalizáciou a mapovaním.

SLAM používa body funkcií na to, aby používateľom pomohli porozumieť fyzickému svetu. Táto technológia umožňuje aplikáciám pochopiť 3D objekty a scény. Umožňuje okamžite sledovať fyzický svet. Umožňuje tiež prekrytie digitálnych simulácií.

SLAM používa mobilného robota, napríklad technológiu mobilných zariadení, na detekciu okolitého prostredia a potom na vytvorenie virtuálnej mapy; a vysledovať jeho polohu, smer a cestu na tejto mape. Okrem AR sa používa na drony, vzdušné vozidlá, bezpilotné vozidlá a čističe robotov, napríklad využíva umelú inteligenciu a strojové učenie na porozumenie miest.

Detekcia a porovnávanie prvkov sa vykonáva pomocou kamier a senzorov, ktoré zbierajú body funkcií z rôznych hľadísk. Technika triangulácie potom odvodí trojrozmerné umiestnenie objektu.

V AR pomáha SLAM slot a zmieša virtuálny objekt so skutočným objektom.

AR založená na rozpoznávaní: Je to kamera na identifikáciu značiek, aby bolo možné prekrytie, ak je detekovaná značka. Zariadenie detekuje a vypočíta polohu a orientáciu značky a nahradí značku v reálnom svete jej 3D verziou. Potom vypočíta polohu a orientáciu ostatných. Otočením značky sa otočí celý objekt.

Prístup založený na polohe. Tu tSimulácie alebo vizualizácie sa generujú z údajov zhromaždených pomocou GPS, digitálnych kompasov, akcelerometrov a meračov rýchlosti. V smartfónoch je to veľmi bežné.

Technológia sledovania hĺbky: Kamery na sledovanie hĺbky mapy, ako napríklad Microsoft Kinect, generujú hĺbkovú mapu v reálnom čase pomocou rôznych technológií na výpočet vzdialenosti objektov v sledovacej oblasti od kamery v reálnom čase. Technológie izolujú objekt od všeobecnej hĺbkovej mapy a analyzujú ho.

Nasledujúci príklad je ručné sledovanie pomocou hĺbkových algoritmov:

(obrázok zdroj )

Technológia sledovania prirodzených funkcií: Môže sa použiť na sledovanie pevných predmetov pri údržbárskych alebo montážnych prácach. Na presnejší odhad pohybu objektu sa používa viacstupňový sledovací algoritmus. Sledovanie značiek sa používa ako alternatíva popri kalibračných technikách.

Prekrytie virtuálnych 3D objektov a animácií na skutočných objektoch je založené na ich geometrickom vzťahu. Rozšírené fotoaparáty na sledovanie tváre sú teraz k dispozícii na smartfónoch, ako je iPhone XR, ktorý má fotoaparáty TrueDepth, ktoré umožňujú lepšie zážitky z AR.

Zariadenia a komponenty AR

Fotoaparát Kinect AR:

odovzdať pole metóde java

(obrázok zdroj )

Fotoaparáty a snímače: Patria sem kamery AR alebo iné kamery, napríklad na smartfónoch urobte 3D obrázky skutočných objektov a pošlite ich na spracovanie. Senzory zhromažďujú údaje o interakcii používateľa s aplikáciou a virtuálnymi objektmi a odosielajú ich na spracovanie.

Spracovateľské zariadenia: Smartfóny AR, počítače a špeciálne zariadenia používajú na spracovanie 3D obrázkov a signálov senzorov grafiku, GPU, CPU, flash pamäte, RAM, Bluetooth, WiFi, GPS atď. Môžu merať rýchlosť, uhol, orientáciu, smer atď.

Projektor: AR projekcia zahŕňa projekciu generovaných simulácií na šošovky náhlavnej súpravy AR alebo na iné povrchy na prezeranie. Toto využíva miniatúrny projektor.

Tu je video: Prvý AR projektor pre smartphone

Reflektory: Na zariadeniach AR sa používajú reflektory, napríklad zrkadlá, ktoré pomáhajú ľudským očiam pri sledovaní virtuálnych obrazov. Na odrážanie svetla do kamery AR a oka používateľa je možné použiť rad malých zakrivených zrkadiel alebo obojstranných zrkadiel, väčšinou na správne zarovnanie obrazu.

Mobilné zariadenia: Moderné smartphony sú pre AR veľmi použiteľné, pretože obsahujú integrované GPS, snímače, fotoaparáty, akcelerometre, gyroskopy, digitálne kompasy, displeje a GPU / CPU. Ďalej je možné na mobilné zariadenia nainštalovať aplikácie AR pre mobilné zážitky z AR.

Na nasledujúcom obrázku je príklad, ktorý zobrazuje AR na iPhone X:

(obrázok zdroj )

Head-Up displej alebo HUD: Špeciálne zariadenie, ktoré premieta údaje AR na priehľadný displej na prezeranie. Využívalo sa to najskôr pri výcviku armády, ale teraz sa používa v letectve, automobile, výrobe, športe atď.

Okuliare AR sa tiež nazývajú inteligentné okuliare: Inteligentné okuliare slúžia na zobrazovanie upozornení napríklad zo smartphonov. Zahŕňajú napríklad okuliare Google, okuliare Laforge AR a okuliare Laster See-Thru.

Kontaktné šošovky AR (alebo inteligentné šošovky): Nosia sa tak, aby boli v kontakte s okom. Výrobcovia ako Sony pracujú na objektívoch s ďalšími funkciami, ako je napríklad schopnosť fotografovať alebo ukladať dáta.

Kontaktné šošovky AR sa nosia v kontakte s okom:

(obrázok zdroj )

Virtuálne sietnicové displeje: Vytvárajú obrazy premietaním laserových svetiel do ľudského oka.

Tu je video: Virtuálny displej sietnice

Výhody AR

Pozrime sa na niektoré výhody AR pre vaše podnikanie alebo organizáciu a na to, ako ich integrovať:

• Integrácia alebo prijatie závisí od vášho prípadu použitia a aplikácie. Možno ho budete chcieť použiť na monitorovanie údržbárskych a výrobných prác, vykonávanie virtuálnych prehliadok nehnuteľností, inzerciu produktov, vylepšenie vzdialeného dizajnu atď.
• Virtuálne fitingové miestnosti dnes môžu pomôcť znížiť výnosy z nákupu a vylepšiť nákupné rozhodnutia kupujúcich.
• Predajcovia môžu vyrábať a publikovať zaujímavý značkový obsah AR a vkladať do nich reklamy, aby ľudia pri sledovaní obsahu mohli spoznať ich produkty. AR zlepšuje zapojenie.
• Vo výrobe pomáhajú značky AR na snímkach výrobných zariadení projektovým manažérom sledovať prácu na diaľku. Znižuje sa potreba používania digitálnych máp a rastlín. Napríklad zariadenie alebo stroj možno nasmerovať na miesto, aby sa zistilo, či sa zmestia na miesto.
• Pohlcujúce simulácie z reálneho života poskytujú študentom pedagogické výhody. Vedci ukazujú, že simulácie herného učenia a tréningu majú psychologické výhody a zvyšujú empatiu medzi študentmi.
• Študenti medicíny môžu pomocou simulácií AR a VR vyskúšať najskôr a čo najviac operácií bez statných rozpočtov alebo zbytočných zranení pacientov, a to všetko s ponorením a takmer so skutočnými zážitkami.

Nasledujúci obrázok zobrazuje, ako sa AR uplatňuje v lekárskom vzdelávaní v chirurgickej praxi:

(obrázok zdroj )

• Pomocou AR môžu budúci astronauti vyskúšať svoju prvú alebo ďalšiu vesmírnu misiu.
• AR umožňuje virtuálny cestovný ruch. Napríklad aplikácie AR môžu poskytovať pokyny k požadovaným cieľom, prekladať značky na ulici a poskytovať informácie o vyhliadkach. A dobrý príklad je aplikácia GPS navigácie. Obsah AR umožňuje produkciu nových kultúrnych zážitkov, napríklad keď sa do múzeí pridáva ďalšia realita.
• Očakáva sa, že rozšírená realita bude do roku 2020 expandovať na 150 miliárd dolárov . Expanduje viac ako virtuálna realita so 120 miliardami dolárov v porovnaní s 30 miliardami dolárov. Očakáva sa, že zariadenia s podporou AR do roku 2023 dosiahnu 2,5 miliardy.
• Vývoj vlastných značkových aplikácií je jedným z najbežnejších spôsobov, ktoré spoločnosti používajú na interakciu s technológiou AR. Spoločnosti môžu stále umiestňovať reklamy na platformy a obsah AR tretích strán, kupovať licencie na vyvinutý softvér alebo prenajímať priestory pre svoj obsah AR a publikum.
• Vývojári môžu na vývoj aplikácií a integráciu AR do podnikových aplikácií použiť vývojové platformy AR, ako sú ARKit a ARCore.

Rozšírená realita vs Virtuálna realita vs zmiešaná realita

Rozšírená realita je podobná virtuálnej realite a zmiešanej realite, kde sa obidve pokúšajú generovať 3D virtuálne simulácie skutočných objektov. V zmiešanej realite sa miešajú skutočné a simulované objekty.

Všetky vyššie uvedené prípady používajú senzory a značky na sledovanie polohy virtuálnych a skutočných objektov. AR používa senzory a značky na zisťovanie polohy objektov v reálnom svete a na určenie polohy simulovaných objektov. AR vykreslí obraz, ktorý sa bude premietať na používateľa. Vo VR, ktoré tiež využíva matematické algoritmy, bude simulovaný svet reagovať podľa pohybov hlavy a očí používateľa.

Zatiaľ čo však VR izoluje používateľa od skutočného sveta, aby ho úplne ponoril do simulovaných svetov, AR je čiastočne pohlcujúci.

=> Odporúčané čítanie - AR Vs VR: Porovnanie

Zmiešaná realita kombinuje AR aj VR. Zahŕňa interakciu ako skutočného sveta, tak aj virtuálnych objektov.

Aplikácie rozšírenej reality

Príklad AR v reálnom živote

• Elements 4D je aplikácia na výučbu chémie, ktorá využíva AR, aby bola chémia zábavnejšia a pútavejšia. Študenti pomocou nej vyrobia z blokov prvkov papierové kocky a umiestnia ich pred svoje kamery AR na svojich zariadeniach. Potom môžu vidieť reprezentácie svojich chemických prvkov, názvov a atómových hmotností. Študenti môžu spojiť kocky, aby zistili, či reagujú, a aby videli chemické reakcie.

(obrázok zdroj )

• Google Expeditions, kde Google používa lepenky, už umožňuje študentom z celého sveta robiť virtuálne prehliadky dejepisu, náboženstva a geografie.
• Atlas ľudskej anatómie umožňuje študentom preskúmať viac ako 10 000 3D modelov ľudského tela v siedmich jazykoch, aby sa študenti naučili jednotlivé časti, spôsob práce a zdokonalili svoje vedomosti.
• Touch Surgery simuluje chirurgickú prax. V spolupráci s firmou DAQRI, spoločnosťou AR, môžu lekárske inštitúcie vidieť svojich študentov, ako praktizujú chirurgiu na virtuálnych pacientoch.
• IKEA Mobile App je známa v postupoch a testovaní nehnuteľností a domácich výrobkov. Medzi ďalšie aplikácie patrí hra Nintendo Pokemon Go.

Viac informácií = >> Príklady aplikácií rozšírenej reality

Vývoj a návrh pre AR

Vývojové platformy AR sú platformy, na ktorých môžete vyvíjať alebo kódovať aplikácie AR. Príklady patria ZapWorks, ARToolKit, MAXST pre Windows AR a smartphone AR, DAQRI, SmartReality, ARCore od spoločnosti Google, platforma Windows Mixed Reality AR, Vuforia a ARKit od spoločnosti Apple. Niektoré umožňujú vývoj aplikácií pre mobilné telefóny, iné pre PC a pre rôzne operačné systémy.

Vývojové platformy AR umožňujú vývojárom dávať aplikáciám rôzne funkcie, ako je podpora ďalších platforiem, ako je Unity, 3D sledovanie, rozpoznávanie textu, tvorba 3D máp, cloudové úložisko, podpora jednotlivých a 3D kamier, podpora inteligentných okuliarov,

Rôzne platformy umožňujú vývoj aplikácií založených na značkách a / alebo polohe. Medzi funkcie, ktoré je potrebné vziať do úvahy pri výbere platformy, patria cena, podpora platformy, podpora rozpoznávania obrázkov, rozpoznávanie 3D a sledovanie, čo je najdôležitejšia vlastnosť, podpora platforiem tretích strán, napríklad Unity, odkiaľ môžu používatelia importovať a exportovať projekty AR a integrovať sa s inými. platformy, podpora cloudu alebo lokálneho úložiska, podpora GPS, podpora SLAM atď.

Aplikácie AR vyvinuté s týmito platformami podporujú nespočetné množstvo funkcií a schopností. Môžu umožniť prezeranie obsahu pomocou jedného alebo viacerých okuliarov AR, ktoré majú vopred pripravené objekty AR, podporu mapovania odrazov, kde majú objekty odrazy, sledovanie obrazu v reálnom čase, rozpoznávanie 2D a 3D,

Niektoré súpravy SDK alebo vývojové súpravy softvéru umožňujú vývoj aplikácií metódou drag and drop, zatiaľ čo iné vyžadujú znalosti kódovania.

Niektoré aplikácie AR umožňujú používateľom vyvíjať od nuly, nahrávať a upravovať vlastný obsah AR.

Záver

V tejto rozšírenej realite sme sa dozvedeli, že technológia umožňuje prekrývanie virtuálnych objektov v prostrediach alebo objektoch v reálnom svete. Využíva okrem iného kombináciu technológií vrátane SLAM, sledovanie hĺbky a sledovanie prirodzených prvkov a rozpoznávanie objektov.

Tento výukový program pre rozšírenú realitu sa sústredil na predstavenie AR, základov jeho fungovania, technológie AR a jeho aplikácie. Nakoniec sme zvážili najlepšiu prax pre záujemcov o integráciu a vývoj pre AR.

Odporúčané čítanie

• Príklady rozšírenej reality Najnovšie príklady AR
• Čo je rozšírená realita - technológia, príklady a história
• 10 NAJLEPŠÍCH okuliarov s rozšírenou realitou (inteligentné okuliare) v roku 2021
• Top 10 najlepších aplikácií s rozšírenou realitou pre Android a iOS
• AR Vs VR: Rozdiel medzi rozšírenou virtuálnou realitou vs
• Čo je to virtuálna realita a ako to funguje
• Budúcnosť virtuálnej reality - trendy a výzvy na trhu
• 10 NAJLEPŠÍCH aplikácií VR (aplikácie pre virtuálnu realitu) pre Android a iPhone (2021 SELECTIVE)