Виртуальная, дополненная и смешанная реальности

В наше время быстро развивающихся технологий виртуальная реальность (VR), дополненная реальность (AR) и смешанная реальность (MR) стали уникальными инструментами, позволяющими открывать новые измерения. Представьте себе момент, когда вы надеваете специальные очки, и ваш рабочий стол превращается в футуристическую площадку, где каждый объект оживает и предлагает множество интерактивных возможностей. Эти технологии напоминают нам о героических очках Тони Старка из фильма «Железный человек», способных раскрывать невидимые аспекты и открывать новый взгляд на рутинные вещи. В данной статье мы исследуем, как VR, AR и MR меняют нашу реальность и расширяют возможности взаимодействия с окружающим миром. 

Основные понятия

В последнее время виртуальная реальность становится все более популярной и активно развивается. С помощью специальных устройств, таких как очки, шлемы, перчатки и рули, люди вовлекаются в уникальный мир виртуальной реальности. Самые современные технологии VR применяются не только для развлечений и игр, но и для обучения и повышения квалификации в различных профессиях, связанных с управлением различными устройствами. Кроме того, VR используется в кино и искусстве, открывая новые возможности для творчества и развлечений.

Виртуальная реальность (VR) — это современная технология, которая позволяет людям погрузиться в симулированный мир, в котором они могут взаимодействовать с окружающей средой, используя специальные устройства. Это инновационное средство увлечения и обучения, которое расширяет границы реальности и предоставляет уникальные возможности для взаимодействия с виртуальным миром.

Вместе с этим получила развитие и дополненная реальность. 

Дополненная реальность (AR) – это инновационная технология, которая обогащает реальный мир виртуальными элементами, чтобы создать уникальный и улучшенный опыт восприятия информации. Реальность становится более интересной и увлекательной благодаря объединению реальности и виртуальности.

AR-технологии в современном рекламном бизнесе играют важную роль, превращая обычные витрины и стенды в интерактивные источники информации. Этот инновационный подход позволяет привлечь внимание целевой аудитории и создать эмоциональное воздействие, что способствует формированию позитивного восприятия бренда. А использование AR-функций добавляет оригинальности и уникальности рекламным кампаниям, делая их более привлекательными для потребителей. К примеру, компания IKEA предлагает своим клиентам удобное приложение IKEA Place, которое позволяет виртуально размещать мебель в реальном пространстве через камеру смартфона. Эта инновационная технология помогает покупателям наглядно представить, как выбранные предметы мебели будут выглядеть в их жилище, что дает им возможность принять обоснованное решение о покупке.

Компания L’Oréal создала приложение с использованием AR-технологий, позволяющее пользователям виртуально примерять косметику. С помощью камеры своего смартфона они могут наносить помаду или тени для век и сразу видеть результат на своем лице. Это не только повышает удовлетворение от покупок, но и стимулирует покупателей к совершению покупки, поскольку они видят, как продукты будут выглядеть на них.

Помимо виртуальной реальности (VR) и дополненной реальности (AR), существует еще и смешанная реальность (MR, mixed reality), которая представляет собой комбинацию элементов обеих технологий. Однако границы между смешанной и дополненной реальностью часто сливаются, вызывая путаницу в их понимании. МR позволяет виртуальным объектам взаимодействовать с реальным миром в реальном времени, что означает, что они не просто отображаются поверх реальности, а также реагируют на нее и на действия пользователя. Microsoft HoloLens — это идеальный пример технологии дополненной реальности, которая позволяет пользователю взаимодействовать с голограммами, как с настоящими объектами в реальном пространстве. Например, виртуальный мяч может «отскакивать» от физических стен, создавая невероятно реалистичные визуальные эффекты.

Виды виртуальной реальности

Виртуальная реальность может быть представлена в трех видах. Давайте рассмотрим каждый более подробно. 

Компьютерное моделирование и имитация представляют собой создание трехмерных графических моделей окружающего мира, которые приближены к реальности и способны воспроизводить работу системы, а также ее отклик на воздействие со стороны пользователя.

С помощью компьютерных моделей можно эффективно разрабатывать и проверять новые идеи и концепции. Они позволяют изучать предметы, которые еще не существуют, представляют опасность или слишком сложны для прямого наблюдения. Использование компьютерных моделей помогает ускорить процессы создания и тестирования новых продуктов и технологий, обеспечивая более точное и надежное исследование.

Компьютерная имитация позволяет пользователям не только участвовать в событиях, происходящих на экране, но и ощутить себя частью виртуального мира, воплотившись в главного героя и воспринимая окружающую среду через его глаза.

Сетевая виртуальная реальность или интернет-визуализация в 3D формате предоставляет уникальную возможность взаимодействовать с объектами и окружением виртуального мира в режиме реального времени через сеть. Она позволяет наблюдать объекты со всех сторон, погружаться в них и исследовать их внутреннюю структуру. Для достижения качественной визуализации требуются высокие вычислительные мощности, чтобы избежать искажений изображения. Одним из наиболее эффективных стандартов для этого является X3D (Extensible 3D), который сочетает в себе модульную структуру с преимуществами языка разметки XML. X3D обладает более компактным форматом, чем старые стандарты, такие как VRML (Virtual Reality Modeling Language).

Аппаратное обеспечение для виртуальной реальности – это технические устройства и оборудование, которые обеспечивают взаимодействие с виртуальным миром. История развития оборудования для виртуальной реальности началась давно, с появления первого VR-шлема в середине прошлого века. На сегодняшний день существует уже более ста значительных установок виртуальной реальности, которые используются как в фундаментальных научных исследованиях, так и в различных прикладных областях. Инвестиции в развитие этой отрасли постоянно растут, привлекая разработчиков, маркетологов, инвесторов и представителей бизнеса, с целью погружения в интерактивные технологии будущего.

Давайте рассмотрим развитие оборудования для виртуальной реальности в таблице ниже.

Устройства виртуальной реальности

Шлемы и очки виртуальной реальности (Head Mounted Display, HMD) работают по следующему принципу: пользователь надевает устройство на голову, перед глазами которого расположены два экрана, блокирующие внешний свет. Встроенные стереонаушники обеспечивают звуковое сопровождение. Также внутри шлема расположены датчики и акселерометры, которые отслеживают движения головы пользователя. Акселерометры фиксируют движения головы, определяя их направление и скорость. Полученные данные используются для обновления изображения на экранах и создания ощущения погружения в виртуальную среду. Дисплеи передают пользователю немного сдвинутые стереоскопические изображения, что позволяет воспринимать трехмерное пространство более реалистично. VR-шлемы можно разделить на три типа:

Комнаты виртуальной реальности (Cave Automatic Virtual Environment) — это уникальное пространство, где изображения проецируются на стены с помощью экранов, создавая ощущение объема. Эффект параллакса движения используется для создания иллюзии объемных предметов и объектов виртуального мира. Этот эффект основан на изменении изображений в зависимости от угла зрения пользователя, что помогает сформировать цельное восприятие смоделированного пространства. С использованием 3D-очков и шлемов пользователь погружается в удивительный мир виртуальной реальности, где взаимодействуют реальные и виртуальные объекты.

Вспомогательные гарнитуры. VR-перчатки и джойстики являются важными инструментами виртуальной реальности, благодаря которым пользователи могут управлять объектами с высокой точностью. VR-перчатки способны точно отслеживать движения рук и каждого пальца, что позволяет создать реалистичные взаимодействия с виртуальным миром. Некоторые модели перчаток даже позволяют ощутить размеры, форму и текстуру объектов виртуальной среды, делая взаимодействие с ними еще более убедительным. 

VR-костюм — это специальное устройство, которое позволяет человеку погрузиться в виртуальную реальность на полную глубину. Он состоит из ряда компонентов, включая видеоэкран, звуковую систему и электронные сенсоры, способные создать иллюзию тактильных ощущений благодаря воздействию на нервные рецепторы кожи. Например, Teslasuit предлагает уникальную возможность проводить эксперименты с VR и AR, обеспечивая тактильную обратную связь, отслеживание движений и регулирование температуры для улучшения восприятия виртуального мира.

Другие устройства – это разнообразные платформы для ног, беговые дорожки и другое. Пользователь руководит своими действиями на платформе, свободно перемещаясь по дорожке и избегая возможных столкновений в реальном мире.

Чтобы представить, как работают различные устройства виртуальной реальности, можно посмотреть фильм «Первому игроку приготовиться» (Ready Player One). В этом фильме главный герой, Уэйд Уоттс (известный в игровом мире как Парциваль), погружается в захватывающую виртуальную вселенную под названием Оазис, используя различные устройства, такие как VR-шлемы, джойстики и VR-перчатки. В одной из сцен он использует эти устройства для управления своим виртуальным аватаром, взаимодействия с окружающим миром и выполнения различных заданий в игровом мире. Этот фильм демонстрирует, как устройства виртуальной реальности могут создавать захватывающий и увлекательный опыт игры.

Устройства дополненной реальности

Технологии компьютерного зрения позволяют сканировать окружающее пространство, создавать карту для более удобной ориентации с помощью умных устройств, таких как очки и шлемы. Они оснащены датчиками и камерами, позволяющими обмениваться информацией, давать инструкции с применением дополненной реальности. Эти устройства могут распознавать голос, движение и проецировать изображения на специальные дисплеи или линзы очков. Есть различные типы этих устройств — бинокулярные и монокулярные, каждый со своими особенностями восприятия визуальной информации.

Бинокулярные устройства отличаются тем, что они имеют две камеры или дисплеи для каждого глаза, что позволяет получить более реалистичное и глубокое восприятие окружающего мира. Благодаря этому они обеспечивают высокую пространственную оценку и точность восприятия, делая просмотр более уникальным и увлекательным.

Монокулярные устройства отличаются одним важным преимуществом — компактностью и легкостью в использовании. Хотя они могут быть менее глубокие в восприятии пространства, они всё равно являются незаменимыми инструментами, предоставляющими важные данные и визуальные указания.

Сегодня практически каждое современное мобильное устройство, такое как смартфон или планшет, способно работать с технологией дополненной реальности. Для этого достаточно установить специальное приложение. Часто для распознавания объектов используется маркерная технология, которая может опираться на различные типы маркеров, такие как QR-коды, изображения, логотипы или даже лица. Использование дополненной реальности как маркетинговой стратегии открывает новые возможности для вовлечения аудитории.

Интерактивные терминалы, стенды и киоски, работающие в дополненной реальности, позволяют создавать уникальные визуальные впечатления на выставках, в рекламе и образовании. Они представляют собой большие экраны, на которых можно увидеть интересные изображения и получить доступ к информации в интерактивном формате. Новейшие технологии позволяют создавать виртуальные модели продуктов и 3D-изображения, которые захватывают внимание и помогают представить продукцию или услуги в наиболее привлекательном виде. В результате компании могут легко привлекать внимание клиентов и предоставлять им информацию о своем бренде в удобной и запоминающейся форме.

Например, на выставке по технике безопасности компания использует интерактивный стенд в дополненной реальности.  Посетители могут воспользоваться своими смартфонами, чтобы увидеть виртуальные модели оборудования для безопасности: от пожарных планов до эвакуационных путей. Они смогут не только изучить каждое устройство, но и взаимодействовать с ним, получая необходимую информацию о его использовании и преимуществах.

Применение виртуальной и дополненной реальности

Виртуальная среда обучения – это целостная система технологий, учебно-информационных ресурсов и структур данных для обеспечения учебной деятельности педагога и учащегося.

Продолжим обсуждение того, в каких направлениях развиваются и используются VR/AR-технологии. Прогресс VR/AR-технологий обусловлен не только повышением эффективности и скорости обработки информации, но и появлением новых технических возможностей. В развитии и применении данного направления видится постоянное стремление к улучшению, адаптации и инновациям.

Образование. Сегодня образование невозможно представить без использования интерактивных технологий. Важные понятия, такие как «виртуальный класс» и «виртуальная обучающая среда», стали обычными. Виртуальный класс представляет собой как бы виртуальную аудиторию, где учитель и студенты могут работать вместе (синхронное обучение). Учитель может демонстрировать учебные материалы на интерактивной доске, которые сразу же отображаются у студентов. Они могут задавать вопросы в чате или голосом. Использование виртуальной обучающей среды позволяет проводить лекции, семинары, тренинги, где можно показать учащимся все аспекты объектов или процессов. Это способствует повышению качества и эффективности обучения. Современные образовательные проекты все больше используют мультимедийные технологии и VR/AR. Все это указывает на важность использования виртуальных технологий в образовании.

Медицина. Применение виртуальной и дополненной реальности в сфере медицины и здравоохранения демонстрирует огромный потенциал. Рассмотрим некоторые примеры использования этих технологий, которые позволяют значительно улучшить качество медицинского обслуживания и диагностику.

Технологии виртуальной и дополненной реальности обещают революционизировать проектирование современных медицинских учреждений, включая операционные залы нового поколения. Они создадут среду, способную легко адаптироваться к постоянным изменениям в области медицины, внедряя виртуальные инновации.

Сегодня новые технологии виртуальной и дополненной реальности активно применяются для реабилитации и помощи людям с ограниченными возможностями. Например, использование электрических импульсов на нервные окончания помогает уменьшить боль, создать иллюзию движения и ощущения давления. Эти инновационные методы помогают расширить возможности в области медицины и реабилитации, делая их более эффективными и доступными для всех.

Также отмечается, что использование VR-очков во время сеансов психотерапии способствует более эффективному преодолению фобий, управлению стрессом и обучению пациентов контролировать свои эмоции.

В виртуальной реальности обучение студентов в медицинских учебных заведениях становится более доступным и эффективным. Благодаря моделированию операций на виртуальных пациентах и возможности наблюдать за опытными хирургами без покидания аудитории, студенты могут углубленно изучать процессы и детали медицинских вмешательств. Интерактивные приложения в 3D-формате позволяют заниматься практическими навыками и углублять знания, что способствует лучшему освоению профессиональной области.

Другие сферы. Производители VR/AR предвещают новую эру маркетинга и рекламы. Отрасль туризма также следует за трендом. Великие музеи по всему миру предлагают виртуальные туры по своим экспозициям. Например, компания Tesla разработала виртуальный тур по своему заводу в Калифорнии. С помощью VR-гарнитуры посетители могут пройтись по производственным помещениям и наблюдать за процессом создания электромобилей. Тур включает в себя интерактивные элементы, детальные модели оборудования и видеоролики с объяснениями этапов производства.

Давайте рассмотрим дополнительно сферы, где могут потенциально применяться VR и AR технологии.

Вывод

Быстрое развитие технологий виртуальной (VR), дополненной (AR) и смешанной (MR) реальности продолжает преобразовывать различные сферы нашей жизни. От игр и обучения до медицины и производства, эти инновационные технологии открывают уникальные возможности для общения с цифровыми и реальными мирами.

Фактчек

• Виртуальная реальность (VR) — это технология, которая создает полностью искусственную среду, в которой пользователь может взаимодействовать с виртуальными объектами и персонажами. 
• Дополненная реальность (AR) накладывает цифровые объекты и информацию на реальный мир, используя устройства, такие как смартфоны и планшеты. 
• Смешанная реальность (MR) объединяет аспекты VR и AR, создавая среды, в которых виртуальные и реальные объекты могут взаимодействовать в реальном времени. 

Задания для самопроверки:

Задание 1

Какой из следующих устройств используется для создания эффекта погружения в виртуальную реальность?

1. Смартфон
2. Лаптоп
3. VR-гарнитура
4. Смарт-часы

Задание 2

Что из перечисленного является примером применения дополненной реальности?

1. Полное погружение в виртуальный мир с помощью VR-гарнитуры
2. Просмотр фильма на экране телевизора
3. Наложение цифровых объектов на реальный мир через камеру смартфона
4. Чтение электронных книг на планшете

Задание 3

Что из перечисленного описывает основную концепцию смешанной реальности?

1. Полное погружение в искусственную среду
2. Наложение цифровых элементов на реальный мир
3. Объединение реальных и виртуальных объектов, взаимодействующих в реальном времени
4. Использование сенсоров для отслеживания физических движений

Ответы: 1 – 3; 2 – 3; 3 – 3.