Клуб 4CIO – Расширенная реальность (VR / AR / MR) (страница 1)

Клуб 4CIO

Расширенная реальность (VR / AR / MR)

Расширенная реальность (VR|AR|MR)

«Эра пространственных вычислений уже наступила»

Генеральный директор Apple Тим Кук, 2024 год

Введение

В последние годы тема этой главы является широко и активно обсуждаемой в IT сообществе. Многие мировые технологические лидеры участвуют в 4-й волне развития вычислительных платформ, основанной на расширенной реальности (XR). Этой волне предшествовали: появление персональных компьютеров, изобретение интернета и повсеместное использование мобильных устройств (см. Рис. 1).

Рис. 1. Схема волн развития вычислительных платформ.

Расширенная реальность (Extended reality, XR) – международное сокращение, применяемое вместо VR/AR/MR, когда необходимо упомянуть весь набор данных технологий.

Виртуальная реальность (Virtual reality, VR) – созданный техническими средствами мир, передаваемый человеку через его ощущения: зрение, слух, обоняние, осязание и др.

Дополненная реальность AR (Augmented reality) – результат введения в поле восприятия любых сенсорных данных с целью дополнения сведений об окружении и улучшения восприятия информации.

Смешанная реальность MR (Mixed reality) – результат объединения реального и виртуального миров для создания новых окружений и визуализаций, где физический и цифровой объекты сосуществуют и взаимодействуют в реальном времени.

Рис. 2. Схема уровней реальности в разрезе цифровых технологий.

Основной причиной интереса бизнеса к XR является возможность переживания пользователем опыта в виртуальной среде или дополненной цифровыми объектами среде, что может быть использовано в B2B продуктах и решениях. Возможность этого переживания обеспечивается иммерсивностью виртуальной среды (от англ. immersive – «создающий эффект присутствия, погружения, вовлечения») или погружением в виртуальную среду – это восприятие физического присутствия в не-физическом мире. Восприятие создается техническим путем окружения пользователя системы VR изображениями, звуками или другими стимулами, которые обеспечивают общую среду.

Погружение – это состояние, когда субъект перестает осознавать свое физическое состояние. Оно зачастую сопровождается интенсивной концентрацией, потерей ощущения времени и физической реальности (окружающего пространства).

Степень погружения – уровень того, насколько человек ощущает себя в виртуальной реальности. XR-технологии стали прорывом именно благодаря тому, что они предлагают более глубокий уровень погружения, чем все предыдущие технологии.

Степень же погружения определяется согласованием испытываемых ощущений с теми, к которым привык человек в реальном мире (или воплощением его представлений о неких ощущениях и возможном реальном опыте).

В отличие от пассивного участия в фильме, созерцания картины или традиционного спектакля, виртуальная реальность позволяет взаимодействовать с виртуальной средой. Можно привести пример: в отличие от привычной компьютерной игры на экране, когда вокруг него обычное пространство, игрок в VR видит вокруг себя только интерактивный виртуальный мир.

В настоящее время выделяют три уровня погружения в XR.

• 

Неиммерсивная

. Неиммерсивная XR – это разновидность XR, которая предоставляет пользователям сгенерированную компьютером среду без ощущения погружения в виртуальный мир. Главная особенность неиммерсивной системы заключается в том, что пользователи могут сохранять контроль над физическим окружением, осознавая происходящее вокруг: звуки, визуальные и тактильные эффекты. Этот уровень часто игнорируется как категория XR, поскольку он уже так широко используется в повседневной жизни. Этот уровень обеспечивает созданную техническими средствами среду, но позволяет пользователю контролировать свое физическое окружение. Это кино, традиционный театр, видеоигры и т.д.

• 

Полуиммерсивная

. Полуиммерсивный виртуальный опыт предоставляет пользователям частично виртуальную среду. Она дает пользователям ощущение присутствия в другой реальности, но также позволяет оставаться на связи с физическим окружением. Эта категория обеспечивает реалистичность за счет более детализированной графики, позволяющей создать более полноценное ощущение среды. Полуиммерсивная XR часто используется в образовательных или учебных целях и опирается на дисплеи высокого разрешения, мощные компьютеры, проекторы или аппаратные симуляторы, которые частично повторяют дизайн и функциональность реальных устройств.

• 

Иммерсивная

. Данный уровень погружает пользователя в виртуальную среду так глубоко, что он теряет связь с физическим миром на время погружения. Чтобы ощутить и взаимодействовать с виртуальной средой, пользователю необходима соответствующая XR система. Просмотр сочетается с возможностью управления средой для создания иммерсивного опыта. Для не-развлекательных проектов XR дает возможность дешево (по сравнению с физическими альтернативами) тестировать проектные гипотезы, массово и безопасно учить, привлекать инвестиции и покупателей, виртуально демонстрируя продукты или концепты и т.д.

В науке и промышленности XR базируется на компьютерном моделировании, когда прямой натурный эксперимент долог, дорог, зачастую просто опасен, и, по сути, невозможен. Также эти технологии напрямую связаны с развитием технологий цифровых двойников (см. главу «Цифровые двойники»).

Далее в главе речь пойдет только об иммерсивной XR.

Краткая история

Термин «виртуальная реальность» впервые использовал французский писатель Антонен Арто в сборнике эссе «Театр и его двойник» в 1938 году. Под виртуальной реальностью он подразумевал созданный техническими средствами мир, в котором человек ощущает себя близко к тому, как он себя ощущает в реальном мире. Тогда, конечно, не было никаких шлемов или специальных очков. Люди смотрели театральные представления и кинофильмы на большом экране. Для них это погружение было достаточно глубоким.

Дополненная реальность впервые появилась в 1901 году в фантастическом романе автора «Волшебника страны Оз» Лаймана Фрэнка Баума «Главный ключ» где он описал некое устройство, способное помечать в режиме реального времени людей буквами, указывающими на их характер и уровень интеллекта.

Устройства виртуальной реальности, которые заложили основы всей индустрии, известны с 60-х годов. Но применялись они в первую очередь для научных целей, на дорогих военных тренажерах и в других малодоступных большинству компаний сегментах.

В 1978, Стив Манн придумал первое приспособление для AR – EyeTap. В нем использовалась камера и дисплей, дополняющий реальный мир в режиме реального времени.

Первое массовое использование дополненной реальности стало возможно благодаря Дену Рейтону, который в 1982 году использовал радар и камеры в космосе для того, чтобы показать движение воздушных масс, циклонов и ветров в телевизионных прогнозах погоды. AR до сих пор используется таким образом на телевидении.

В 1990-е довольно широкое распространение получили так называемые CAVE-системы, чья стоимость обычно начиналась от миллиона долларов. Также существовало большое количество виртуальных тренажеров, в которых использовался реальный объект обучения (например, самолет). Вместо стекол в таких тренажерах вставлялись экраны, отображающие компьютерную симуляцию, управляемую действиями обучаемого. Такие тренажеры существуют и сейчас, т.к. в ряде профессий с высоким уровнем ответственности даже малейшее отклонение может привести к наработке ложного навыка.

В 90-е поиск новых способов использования AR продолжился, а ученый Том Коделл впервые предложил термин «дополненная реальность». Перед ним и его коллегой поставили задачу: снизить затраты на дорогие диаграммы, которые использовали для разметки заводских зон по сборке самолетов Боинг. И решением стала замена фанерных знаков с обозначениями на специальные шлемы, которые отображали информацию для инженеров. Это позволило не переписывать обозначения каждый раз вручную, а просто изменять их в компьютерной программе.

В 1999 году Хироказу Като создал открытую библиотеку ARToolKit для написания AR-приложений. Она позволяла синхронизировать картинку реальной и виртуальной камер, что давало возможность накладывать компьютерную графику на специальные маркеры. Этот момент считается началом современного этапа развития дополненной реальности.

В 2012 году была представлена ранняя версия VR-шлема Oculus Rift, которая в дальнейшем собрала за 36 часов более 1 млн долларов с помощью краудфандинга. С этого начался бурный современный этап развития этой индустрии. Главной характеристикой этого этапа стала демократизация виртуальной реальности. Она стала доступна широким массам людей, а тем более компаниям. Ключевую роль в этом сыграла готовность аппаратных компонент, которые к этому моменту уже стали дешевыми и распространенными благодаря рынку мобильных устройств.

Сейчас на рынке существуют сотни XR-устройств, ряд из которых выпускается миллионными партиями. Именно у них есть шанс стать по-настоящему массовыми: они сравнимы по стоимости со смартфонами, обладают мощными вычислительными ресурсами, имеют большое количество сторонних разработчиков приложений и выглядят привлекательными потребительскими устройствами.