Эксплорация цифровых горизонтов: что нужно знать об AR и VR

Что такое дополненная и виртуальная реальности?

Дополненная и виртуальная реальности предназначены для улучшения восприятия и взаимодействия пользователя с цифровым миром. Они представляют собой отдельные, но связанные технологии. Основные различия между ними заключаются в применяемых устройствах и характере опыта.

Дополненная реальность

AR предназначена для наложения цифровых элементов вроде текста, изображений, видео или 3D-моделей на реальный мир.

Технология использует датчики для понимания окружающей среды. Благодаря комбинации GPS, гироскопов и акселерометров приложения дополненной реальности могут определить местонахождение пользователя и направление его взгляда.

Цифровой контент обычно отображается в режиме реального времени с помощью смартфона, планшета или специализированных очков.

Пользователь AR-технологии осознает свое непосредственное окружение. Он может просматривать виртуальные объекты и взаимодействовать с ними.

Множество приложений дополненной реальности уже используются в различных секторах, включая производство, строительство, ритейл и здравоохранение.

AR также применяется в играх, например, популярной Pokemon Go. Приложение позволяет находить и собирать покемонов, появляющихся в разных локациях в реальном мире.

По данным Microsoft, существует два типа AR: на основе маркеров и без них.

В первом случае технология активируется с помощью физических фотографий или ориентиров, захваченных камерой смартфона, для размещения поверх них цифрового контента. Такие маркеры могут представлять собой объект или визуальный компонент, например, логотип или QR-код.

Второй тип AR — более сложная технология, которая не полагается на метки. Вместо этого она предлагает пользователю решить, где отображать контент. Гарнитура с помощью алгоритма распознавания ищет паттерны, цвета и другие подобные характеристики для определения того, что представляет собой объект. Затем устройство использует GPS, акселерометры, камеры и компасы для наложения изображения на реальное окружение.

Виртуальная реальность

В отличие от дополненной реальности, VR изолирует человека от настоящего мира и помещает его в смоделированную цифровую среду. Технология обычно требует использования специальной гарнитуры и может задействовать все пять чувств пользователя. 

Вместо того чтобы добавлять цифровые объекты в реальный мир, VR заменяет настоящее окружение на вымышленное.

Технология с помощью компьютерной автоматизации позволяет создавать трехмерное изображение. Она сочетает в себе оборудование, например, гарнитуру, контроллеры и беговую дорожку, а также программное обеспечение вроде игрового движка и симулятора управления контентом для предоставления полноценного опыта.

Основными особенностями VR являются погружение, которое устраняет физический мир и полностью помещает пользователя в виртуальную среду, и взаимодействие с элементами вымышленного окружения.

По данным Университета Атрия, виртуальная реальность бывает неиммерсивной, полуиммерсивной и полностью иммерсивной.

Первый вариант VR — одна из наиболее распространенных форм, где для создания нового мира используется игровая консоль или компьютер.

Неиммерсивная виртуальная реальность позволяет пользователю влиять на сгенерированное пространство, управляя объектами или действиями без прямого взаимодействия. В таком мире человек одновременно осознает и контролирует свою физическую среду.

Например, видеоигры, в которых пользователь может управлять персонажем без прямого взаимодействия.

Полуиммерсивная VR обеспечивает опыт, частично основанный на сгенерированной среде.

Она позволяет находиться в виртуальном мире без подключения к настоящему окружению. Надев гарнитуру пользователь может «окунуться» в вымышленное пространство без физического взаимодействия.

Технология зависит от мощных датчиков с высоким разрешением, которые обеспечивают реалистичность изображения.

Примером такой VR являются образовательные и обучающие материалы вроде авиасимуляторов для тренировки пилотов.

Полностью иммерсивный сгенерированный мир — это наиболее реалистичная среда. Она задействует как можно больше чувств пользователя вроде зрения, слуха и обоняния для получения настоящих впечатлений.

Этот тип виртуальной реальности изолирован от физического окружения. В ней человек полностью присутствует в вымышленном мире и переживает события так, будто они происходят в действительности.

Полностью иммерсивная VR требует использования оборудования вроде гарнитуры, детекторов тела, специальных перчаток, обонятельных устройств и сенсоров.

Обычно этот тип виртуальной реальности используется в сгенерированной игровой зоне, где пользователи взаимодействуют с вымышленной средой и соревнуются друг с другом.

Что такое смешанная и расширенная реальности?

Смешанная реальность

Смешанную реальность (MR) также называют гибридной реальностью, так как она объединяет элементы AR и VR. Это слияние виртуального и настоящего миров для создания новой среды, где физические и цифровые объекты могут сосуществовать и взаимодействовать друг с другом.

Технология основана на достижениях в областях компьютерного зрения, графических процессоров, разработки дисплеев, систем ввода и облачных вычислений. Она требует использования MR-гарнитуры и гораздо больше вычислительных мощностей, чем необходимо для работы VR или AR.

Термин «смешанная реальность» впервые появился в 1994 году. Его ввели Пол Милграм и Фумио Кисино в статье A Taxonomy of Mixed Reality Visual Displays. В этом документе описана концепция виртуального континуума и таксономия визуальных дисплеев.

С тех пор количество областей применения смешанной реальности увеличилось. Ее используют для:

• определения рабочей среды, например, пространственного сопоставления и привязки;
• понимания человека, включая отслеживания рук и взгляда, а также речевого ввода;
• пространственного звука;
• расположения и позиционирования в физическом и виртуальном мирах;
• совместной работы над трехмерными ресурсами в MR-пространствах.

Расширенная реальность

Расширенная реальность (XR) относится к сочетаниям физических и виртуальных сред, а также к взаимодействиям, генерируемым компьютерами. По сути, это общий термин для всех иммерсивных технологий — существующих (AR, VR и MR) и тех, которые появятся в будущем.

Для работы XR требуется несколько ключевых компонентов:

• камера для съемки окружающей среды;
• процессор для обработки и понимания данных, а также моделирования виртуальных объектов в режиме реального времени;
• поддерживающее технологию оборудование вроде гарнитуры, очков или смартфона.

Примером XR является применение виртуального фона во время звонков в Zoom. Также технология используется при просмотре улиц в картах Google.

Что такое метавселенная?

В 2021 году в заголовках популярных изданий все чаще начал появляться термин «метавселенная» (Metaverse). Крупные технологические компании стали называть ее создание своей новой стратегией, а гигант Facebook даже провел ребрендинг и превратился в Meta.

Метавселенная подразумевает конвергенцию физической, дополненной и виртуальной реальностей в общем онлайн-пространстве. В нем люди могут работать, играть и общаться через настраиваемые аватары.

Примером метавселенной может служить «Оазис» из фильма «Первому игроку приготовиться» 2018 года.

По прогнозам многих технологических компаний, такой интерактивный VR-мир станет следующим большим достижением интернета. При этом он может как зависеть от очков виртуальной реальности, так и нет.

Термин «метавселенная» придумал фантаст Нил Стивенсон, использовав его в романе-антиутопии «Лавина» 1992 года. В произведении это понятие описывает иммерсивную цифровую среду, где люди взаимодействуют друг с другом как аватары.

Приставка meta означает «за пределами», а verse относится к вселенной.

Это что-то вроде воплощенного интернета, внутри которого вы находитесь, а не смотрите на него.

Метавселенная не ограничивается устройствами: аватары могут передвигаться в киберпространстве также, как и в физическом мире, и легко взаимодействовать с пользователями на другом конце планеты.

Но надежный виртуальный мир зависим от сетевого эффекта. Для погружения пользователям необходимо приобретать дорогостоящее оборудование, им действительно нужно обладать желанием проводить в цифровой среде свое время.

Также технология должна работать бесперебойно, быть стильной и достаточно минималистичной, чтобы привлечь больше людей. Этого пока не произошло.

Возможности метавселенной могут различаться в зависимости от конкретной платформы или системы. Некоторые стандартные функции и характеристики включают:

• иммерсивность виртуального мира — 3D-среды, где пользователи могут взаимодействовать друг с другом и цифровыми объектами;
• постоянное существование и развитие среды, даже во время отсутствия людей;
• взаимосвязь между метавселенными, позволяющая игрокам беспрепятственно перемещаться между виртуальными пространствами и приложениями;
• возможность создания и публикации контента пользователями;
• аватары, представляющие людей;
• социальное взаимодействие — общение пользователей посредством текста, голоса и видео, а также их участие в виртуальных мероприятиях, встречах и вечеринках;
• цифровая экономика — предоставляет игрокам возможность покупать, продавать или обменивать активы, используя, например, криптовалюту и блокчейн;
• доступность на различных платформах и устройствах, включая гарнитурах, компьютерах и смартфонах;
• децентрализация;
• интеграция с реальным миром с помощью AR;
• наличие множества игр и других развлечений;
• персонализация пространств и аватаров.

Метавселенная включает широкий спектр технологических компонентов, которые должны работать вместе для создания захватывающих миров.

Фундаментальными составляющими такого онлайн-пространства являются VR и AR.

Также важную роль в разработке и эксплуатации метавселенной играет искусственный интеллект. Он расширяет возможности пользователя, обеспечивает автоматизацию и способствует повышению функциональности и реалистичности сред.

Интернет вещей (IoT) добавляет уровень физических данных и взаимосвязей к VR и AR. В настоящем мире он с помощью датчиков и гаджетов собирает информацию о состоянии человека и его местоположении, а также окружающей среде для повышения реалистичности и интерактивности метавселенной.

IoT предоставляет пользователю возможность манипулировать физической средой с виртуальной. Например, управлять температурой, освещением и системами безопасности в доме.

Кроме того, Интернет вещей позволяет создавать цифровых двойников или представления объектов и активов реального мира в метавселенной.

Технология блокчейна позволяет повысить безопасность, прозрачность и доверие в децентрализованных виртуальных средах за счет установления и проверки права собственности на цифровые активы.Также для метавселенной необходимо использование граничных вычислений, которые вместе с сетью 5G обеспечат отзывчивый, интерактивный и синхронизированный опыт.

Краткая история AR и VR

Вероятно, первое концептуальное представление о виртуальной реальности появилось еще в 1935 году. Тогда вышел рассказ фантаста Стенли Вейнбаума Pygmalion’s Spectacles. В нем автор описал очки, позволяющие создать оптическую, слуховую, вкусовую, кинестетическую и обонятельную иллюзии реальности.

В 1957 году кинематографист Мортон Хейлиг создал первую известную систему имитации реальности Sensorama. В 1962 году изобретатель получил на нее патент.

Многие считают именно этот проект отправной точкой для того, что теперь известно как VR.

Sensorama представляла собой похожее на аркадный автомат устройство. В него Хейлиг интегрировал кинопроекторы, воспроизводящие фильм на стереоскопическом экране, стереозвук, виброкресло, систему имитации запахов и эмулятор атмосферных явлений вроде ветра и дождя.

Для машины создали шесть короткометражных фильмов.

Хейлиг видел в устройстве будущее киноиндустрии, однако из-за громоздкости и высокой стоимости проект не получил необходимого финансирования и масштабирования.

Форм-фактор был другим, но в остальном Sensorama максимально соответствовала современным концепциям виртуальной реальности. 

В 1960 году Хелиг также получил патент на другое устройство — Telesphere Mask. Оно представляло собой гарнитуру с двумя линзами, обеспечивающую стереоскопическое 3D-изображение для просмотра телешоу.

По сути, это была версия Sensorama, предназначенная для ношения на голове.

Более прямой предок современной XR восходит к середине 1960-х годов, когда исследователи из Лаборатории Линкольна Массачусетского технологического института начали эксперименты с гарнитурами.

В 1968 году команда во главе с ученым Айвеном Сазерлендом разработала первый компьютерный шлем виртуальной реальности. Она в шутку назвала устройство «Дамоклов меч» из-за большой структурной балки, висевшей над головой пользователя.

Одним из ключевых нововведений устройства стала магнитная трекинговая система, отвечающая за отслеживание движений головы и соответствующее изменение ориентации дисплея.

Устройство было исключительно лабораторным.

В середине 1970-х годов к разработке гарнитур подключилось NASA. Приложения стали фокусироваться на моделировании космоса.

В Лаборатории реактивного движения американский художник Дэвид Эм добился успехов в создании виртуальных ландшафтов, а Исследовательский центр Эймса продолжил разработку VIEW (рабочей станции среды виртуального интерфейса).

Система включала дисплей, который надевался на голову и отслеживал ее положение. С его помощью можно было изучать как сгенерированную среду, так и реальную — через дистанционную камеру. Специальные перчатки улавливали движения рук для взаимодействия с виртуальными объектами, а информационный костюм — перемещения всего тела.

Термин «дополненная реальность» ввели в 1990 году. Однако в 1980-е годы произошли важные прорывы в этом направлении.

Большинство работы основано на десятилетиях военных исследований в области систем отображения информации для самолетов. Инженера Стива Манна обычно называют «отцом носимых компьютеров» за такие инновации, как EyeTap. Устройство объединяло компьютерную обработку с графическим дизайном и текстовыми накладками.

В 80-е годы термин «виртуальная реальность» вошел в популярный лексикон и подготовил почву для попыток создания потребительской и игровой VR. Но на рубеже тысячелетий пузырь лопнул: в 90-х технология была будущим развлечений, общения и работы, а в нулевых, казалось, это все рассеялось.

Хотя были исключения вроде запуска ранней метавселенной Second Life в 2003 году.

В 2009 году журнал Esquire впервые использовал дополненную реальность в печатных СМИ, пытаясь оживить страницы.

Когда читатели просматривали обложку, в AR-издании перед ними разговаривал актер Роберт Дауни-младший.

В 2012 году появился первый прототип гарнитуры Oculus Rift.

Впервые за долгую историю виртуальной реальности казалось, что технология наконец-то догнала концепцию. Прорывы в области дисплеев и вычислительных технологий, вызванные индустрией смартфонов, заложили основу для жизнеспособных потребительских устройств.

В том же году Google показала прототип гарнитуры для смартфонов Glass. В 2013 году компания запустила продажу AR-очков для разработчиков по цене $1500, а позже и для широкой публики.

В 2014 году техгигант также представил умный аксессуар для смартфонов Cardboard. Он поставлялся в плоском виде и включал две линзы. Внутрь устройства помещался телефон для бюджетного использования виртуальной реальности.

Доступность платформы вызвала большой интерес среди потребителей: за время ее существования было продано около 15 млн единиц. 

Фактически программа была официально прекращена только в 2021 году.

В 2016 году Microsoft запустила поставку гарнитуры смешанной реальности HoloLens для разработчиков по цене $3000. Это был инновационный продукт, в основном ориентированный на корпоративные приложения.

В 2017 году IKEA выпустила приложение дополненной реальности IKEA Place, которое изменило индустрию розничной торговли.

Оно позволяет покупателям виртуально посмотреть домашний декор перед покупкой.

В 2023 году Apple представила гарнитуру смешанной реальности Vision Pro. Разработка позиционируется как новый способ потребления контента и взаимодействия с профессиональным программным обеспечением.

Новое устройство напоминает футуристическую пару лыжных очков. Оно оснащено камерами и датчиками, обеспечивающими погружение пользователя в VR и совмещение AR-элементов с реальным миром. 

Глава компании Тим Кук заявил, что гарнитура позволяет человеку «воспринимать, слушать и взаимодействовать с цифровым содержимым так, будто пользователь находится в физическом пространстве». Vision Pro можно управлять с помощью комбинации рук, глаз и голоса.

В феврале 2024 года Apple начала продавать гарнитуру в США по цене от $3499.

Применение AR и VR в различных областях

Технологии виртуальной, дополненной и смешанной реальности оказали преобразующее влияние на различные отрасли, произведя революцию в традиционных процессах и проложив путь к инновациям.

Игровая индустрия и соцсети

XR предоставляет геймерам захватывающий и интерактивный опыт. Игры вроде Pokemon Go сочетают AR с реальным окружением, а приложения для VR-гарнитуры, включая Beat Sabre, «затягивают» игроков в виртуальный мир.

Социальные сети вроде Instagram, Facebook и Snapchat используют технологии дополненной и смешанной реальности для изменения лица и окружающей среды.

Медицина и здравоохранение

В здравоохранении технологии расширенной реальности революционизируют диагностику пациентов, обучение врачей, моделирование операций, лечение хронической боли и психологических расстройств, а также многое другое.

AR способен помочь медработникам во время различных процедур. Например, технологии дополненной реальности AccuVein предоставляют докторам информацию о расположении вен на теле.

Работа устройства AccuVein AV500 по визуализации вен та телах пациентов. Данные: AccuVein.

Также с помощью виртуальной и дополненной реальности можно улучшить состояние пациентов, страдающих от психологических расстройств вроде ПТСР, за счет воздействия контролируемой иммерсивной среды.

Образование

Образовательные учреждения внедряют расширенную реальность для улучшения обучения студентов.

Используя гарнитуры, учащиеся могут взаимодействовать с 3D-моделями в MR-среде. Это помогает студентам лучше понимать сложные предметы и более эффективно запоминать информацию.

Также любой желающий может узнавать что-то новое не выходя из дома, например, виртуально посетить интересующую экскурсию.

Спорт

В мире спорта технологии AR и VR часто используются для тренировок и повышения производительности. 

Инструменты расширенной реальности позволяют спортсменам выполнять различные действия в смоделированной среде, предоставляя им обратную связь и анализ данных в реальном времени.

Кроме того, виртуальные стадионы дают болельщикам новый способ взаимодействия с любимыми командами.

Спортивные каналы могут использовать 3D-графику для наложения повторов и живой игры. Многие уже экспериментируют с этой технологией, в том числе ESPN и Fox Sports, и включают AR в трансляции и анализ матчей, чтобы освещать информацию в режиме реального времени.

Применение XR на стадионе помогает принимать решения и укреплять командный дух. Также технологию используют в маркетинговых целях.

В сентябре 2021 года клуб Carolina Panthers выпустил на поле гигантскую виртуальную пантеру. Она пронеслась по стадиону и разорвала флаг соперников.

Розничная торговля

Сектор розничной торговли реализовывает расширенную реальность различными способами.

Ритейлеры позволяют клиентам просмотреть 3D-модели интересующих их продуктов перед покупкой. Крупные компании вроде Amazon, Gucci, ASOS и Sephora уже используют такие приложения.

Магазины ювелирных украшений и одежды, включая Macy’s, Adidas и Modcloth, предоставляют покупателям виртуальные примерочные.

Согласно отчету ReportLinker, к 2030 году объем мирового рынка виртуальных примерочных достигнет $19,1 млрд. Среднегодовой рост составит 23,6%.

Производство

Производственные отрасли все чаще внедряют расширенную реальность для оптимизации процессов и повышения эффективности.

Используя технологии VR и AR, инженеры могут визуализировать конструкцию продукта и вносить необходимые корректировки перед разработкой.

Также XR используют для обучения заводских сотрудников, что снижает риск несчастных случаев и способствует более эффективным рабочим процессам.

Чего ожидать от AR и VR в будущем?

По данным Emergen Research, в 2035 году мировой рынок расширенной реальности достигнет $1,246 трлн при стабильном среднегодовом темпе роста 24,2%.

Ключевыми факторами такой тенденции являются увеличение использования и внедрения смартфонов и подключенных устройств, растущее внимание к технологиям распознавания и отслеживания жестов, а также развертыванию сетей 5G.

Будущее дополненной и виртуальной реальностей тесно связано с текущими разработками в области блокчейна, NFT, игр и метавселенной.

Поскольку эти технологии продолжают развиваться, ожидаются улучшения возможностей AR и VR. Вероятно, увеличится точность отслеживания, визуальные эффекты станут еще реалистичнее, а интеграция с носимыми устройствами выйдет на новый уровень.

Конвергенция AR и VR с блокчейном и NFT приведет к возникновению новой цифровой экономики. Пользователи смогут продавать, покупать и обменивать виртуальные товары и впечатления.

В игровой индустрии технологии обеспечат более захватывающий и интерактивный опыт, стерев границы между физическим и цифровым мирами.

Поскольку AR и VR являются ключевыми компонентами в создании метавселенной, их развитие сделает разработку этого взаимосвязанного цифрового мира более реальным.

Пока мы находимся в тупике в области устройств виртуальной и дополненной реальности. Еще не существует систем, предоставляющих пользователям полный, неограниченный и захватывающий опыт.

Большинство доступных гарнитур имеют недостаточно широкий угол обзора, низкие яркость и разрешение дисплеев, небольшое время автономной работы и высокую стоимость. Возможно, в ближайшем будущем производители это исправят.

Ожидается, что компании станут активнее инвестировать в разработку малогабаритных и стильных носимых устройств, которые можно легко интегрировать в повседневную жизнь.

Эти гаджеты обеспечат удобный опыт дополненной и виртуальной реальностей, смешивая цифровую информацию с окружением пользователя. Достижения в области оптики, технологий отображения и миниатюризации стимулируют эволюцию носимых устройств.

Возможно, в ближайшие годы на рынке появятся AR-линзы вроде Mojo Lens.

Вывод

VR уже не только для геймеров, а AR превращается в незаменимый инструмент в образовании и бизнесе.

Метавселенная хоть и находится на ранних этапах своего развития, уже поднимает вопросы о том, как люди будут взаимодействовать с цифровым пространством в будущем.

Быстрый темп технологического развития заставляет нас пересматривать представления о том, что возможно, и подготавливаться к тому, что раньше казалось невероятным.

Расширив VR и AR искусственным интеллектом, машинным обучением, 3D-моделированием, облачными технологиями, Интернетом вещей и другими компонентами можно стереть границы между физическим миром и цифровым. Также комбинация этих составляющих способна обеспечить поддержку всего: от обучения и проектирования до робототехники и автоматизации бизнеса.

Использующие AR и VR предприятия в сферах вроде здравоохранения, строительства, энергетики, автомобилестроения, аэрокосмической отрасли и финансовых услуг становятся более конкурентоспособными и имеют высокий потенциал роста.

Эти технологии способны помочь компаниям принимать более разумные решения и фактически дополнять человеческий капитал для лучшего обслуживания клиентов. При этом организации могут создать более надежный и персонализированный опыт для партнеров в цепочке поставок и конечных потребителей.