Вступление

   В связи с высокими темпами развития мобильных устройств, карманных персональных компьютеров и ноутбуков всё более актуальной становится тематика «расширенной реальности» (Augmented Reality).
Фактически расширенная реальность – это наложение на изображение реального мира виртуальных объектов, которые дополняют либо заменяют реальные объекты и привязаны строго к ним. Объект расширенной реальности – любой объект реального мира, который можно выделить визуально либо по соответствующему маркеру (идентификатору).

      Концепция "расширенной реальности"

Концепция "расширенной реальности", была сформулирована Уоренном Робинеттом в 1991 году [1]. Он рассматривал использование компьютерных и коммуникационных средств вместе с технологиями "умного дома" и "умной одежды", которые дают человеку новые возможности взаимодействия с действительностью. В том числе и в плане получения информации об объектах.
Точкой отсчета развития идеи дополненной реальности многие считают эксперимент Айвана Сазерленда, использовавшего еще в 60-х гг. стереоочки «Sword of Damocles» для показа трехмерной графики. Изображение в них проецировалось на два полупрозрачных стеклянных мини-дисплея с напылением серебра. Впервые система была использована в проекте, выполненном в 1967 г. для Bell Helicopter Company, в котором стереоочки работали в паре с инфракрасной камерой, находящейся под днищем вертолета. Камера управлялась движением головы пилота.
В книге Говарда Рейнгольда "Smart mob" ("Умная толпа") [2] приводятся примеры, как такие технологии "привязывают" к реальному объекту информацию из различных источников, "накладывая" ее на этот объект. Разработки подобных технологий начались еще в начале 90-х годов прошлого века. Среди пионеров этого направления Рейнгольд называет того же Уоренна Робинетта, Ливана Сазерленда и Стивена Фейнера. Их идеи развивал Джим Шпорер, разрабатывая системы "наложения" информации на видимый мир. Например, техник, который занимается сборкой системы при помощи специального оборудования и программного обеспечения может видеть схему монтажа прямо на этой системе.
Для эффективного распознания объектов обычно используются так называемые маркеры – метки правильной формы (прямоугольник, квадрат), которые помещают на объект. Маркеры обычно чёрно – белого цвета, с нанесением некого уникального идентификатора. Зная реальные размеры маркера и его форму можно судить о положении камеры относительно маркера в пространстве.
Для позиционирования камеры используется технология позиционирования GPS, однако она оказывается малоэффективной, т.к. даёт погрешность от 10 до 30 метров, что не всегда приемлемо.

Реализация

Реализацию расширенной реальности можно условно разделить на несколько этапов : 1. Распознание объекта. На данном этапе необходимо выделить один или несколько искомых объектов, а также позицию камеры относительно объекта. 2. Получение информации об объекте. Возможны несколько источников информации. Для небольшого числа объектов приемлемо локальное расположение информации (на компьютере либо мобильном телефоне клиента). Для большого количества объектов реализуется сервер, на который поступает запрос с идентификатором объекта, сервер выдаёт необходимую информацию. Яркий пример с необходимостью реализации сервера – если в каком-либо проекте расширенной реальности участвуют GPS координаты, либо любой другой способ позиционирования. 3. Визуализация информации на объекте. Возможна как полная подмена объекта, так и наложение, например полупрозрачных подсказок, с указанием на объект. При этом используется информация о позиции камеры, полученная при распознании объекта.

Разработки

Из разработок в этом направлении можно упомянуть систему Lifeplus, призванную помогать туристам при посещении знаменитых руин [4]. Туристам будут видны не только подретушированные компьютерной графикой фасады зданий, но и виртуальное население, занимающееся своими повседневными заботами. Стоит также вспомнить и о системе MARS (Mobile Augmented Reality Systems) , работу над которой ведут в Колумбийском университете с 96-го года. Эта система снабжает пользователя дополнительной информацией путем вывода на головные мониторы всплывающие подсказки [5].
Геоинформационные системы существуют уже достаточно давно - еще с 50-60-х годов. По сути Google Earth является одним из воплощений концепции "расширенной реальности". "Накладывая" на карту города названия улиц, места размещения гостиниц, схемы движения городского транспорта превращают простой снимок со спутника в достаточно информативную карту местности, особенно в городских условиях. Основное отличие от других подобных систем, показывающих снимки со спутника в обычном браузере, состоит в том, что клиентская программа от Google предоставляет возможности, недоступные в обычном веб-интерфейсе.
Google Earth можно рассматривать как первый шаг к появлению глобальной системы, которую можно определить как "динамическую копию реальности".
Система Battlefield Augmented Reality System создавалась исключительно в военных целях - для оказания информационной поддержки подразделениям, ведущим боевые действия в городских условиях. Она не только дает возможность различить потенциальную опасность (например, увидеть проходные дворы, заранее нанесенные на цифровую карту), но и позволяет пользователям на ходу делать пометки, которые сразу становятся доступны всем участникам боевой операции.
Внутренняя инженерия "умного дома" - встроенная и отдельно стоящая бытовая техника, снабженная элементами управления и связанная локальной сетью, через которую можно управлять этой периферией, активные элементы интерьера типа входных дверей, слаботочные сети. Микросхемы, вшитые в одежду и служащие для управления тепловыми свойствами и цветом, а также идентификации физического состояния владельца. Городские системы мониторинга транспортной обстановки, состояния городских инженерных систем. Мобильная техника индивидуального пользования, чьи функциональные возможности давно вышли за рамки чисто коммуникационных и вычислительных. Электронные системы расчета, фиксирующие динамику движения финансовых потоков.
Все это и многое другое генерирует потоки информации, способные расширить нашу реальность. Тенденции в минимизации размеров компьютерных устройств и их энергопотребления, наряду с повышающимися вычислительными мощностями, открывают поистине неограниченные возможности в развитии "расширенной реальности". Лет через десять-пятнадцать дужки элегантных солнцезащитных очков будут нафаршированы вычислительно-коммуникационными мощностями, которые в режиме реального времени смогут агрегировать, обрабатывать и выдавать информацию об окружающей действительности на внутренние поверхности линз-дисплеев.
Когда-то информацию о реальном мире ученые собирали в буквальном смысле слова по крупицам с помощью дорогой и громоздкой аппаратуры. Сегодняшняя электроника, начиная от бытовой широкого назначения и заканчивая специализированной узкого применения. Мобильна как в смысле "привязанности" к громоздким источникам питания, так и в смысле возможностей трансляции получаемой информации практически в любую точку земного шара.
Гигантский массив информации, генерируемый десятками миллионов мобильных (и не очень) устройств, может стать источником для формирования глобальной "динамической копии реальности". Под географический интерфейс Google Earth или системы, подобной Lifeplus можно будет загнать тысячи терабайт информации, доступной для использования там где угодно и когда нужно. Постоянно обновляемая и расширяемая "динамическая копия реальности" стала бы как инструментом для ученых, так и своего рода глобальной библиотекой для простых граждан.

Литература:

1. Electronic expansion of human perception - virtual reality. Whole Earth Review, Fall, 1991 by Warren Robinett. http://findarticles.com/p/articles/mi_m1510/is_n72/ai_11249252
2. Говард Рейнгольд, «Умная толпа» http://lib.aldebaran.ru/author/reingold_govard/reingold_govard_umnaya_tolpa
3. Human Interface Technology New Zealand http://www.hitl.washington.edu/magicbook/
4. Lifeplus Project web page http://lifeplus.miralab.unige.ch/
5. Mobile Augmented Reality Systems Project http://www1.cs.columbia.edu/graphics/projects/mars/