Дополненная реальность

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение 2

Глава I Технология дополненной реальности 4

1.1 Понятие  дополненной реальности 4

1.2 История  создания технологии дополненной  реальности 7

1.3 Технология  дополненной реальности 11

Глава II Использование технологии дополненной реальности при разработке электронного учебника 15

2.1 Основы  электронного учебника 15

2.2 Способы  использования дополненной реальности  при создании электронного учебника 19

2.3 Пример  использования технологии дополненной  реальности в электронном учебнике 22

Заключение 30

Список литературы 31

 

  

Введение

 

Основная технология сегодня - это получать изображение с камеры, обрабатывать его алгоритмами распознания  образов, с дальнейшим наложением изображения. Дополненная реальность - это технологии будущего, которое уже наступило. AR может использоваться где угодно - виртуальная примерочная, навигационный  путь, игры.

В некоторой степени дополненная  реальность – это всего лишь новый  способ получения доступа к данным, однако влияние этой технологии на общество может оказаться сравнимым  с эффектом от появления Интернета. Глобальная сеть сделала информацию более контекстно-зависимой, то есть определяемой окружающими условиями. Сегодня уже не обязательно рыться в библиотечных карточках – поиск  стал быстрым и удобным, а нужные сведения можно получить мгновенно.

Дополненная реальность - лишь только новый метод получения  доступа к информации и данным, хотя влияние данной технологии на общество может быть сравнимым с  эффектом от возникновения Интернета. Поиск стал очень удобным и быстрым, а все необходимые сведения возможно получить моментально.

Предмет исследования: дополненная  реальность.

Цель исследования: использование  технологии дополненной реальности при создании электронных учебников.

Задачи исследования:

• Дать понятие технологии дополненной реальности
• Выяснить историю происхождения технологии дополненной реальности
• Выявить принцип действия и сферу использования технологии дополненной реальности
• Вычленить основополагающую структуру электронного учебника, дидактические особенности
• Выделить способы использования технологии дополненной реальности при создании электронного учебника
• Воплотить технологию дополненной реальности на примере страницы учебника

Методы исследования:

• Анализ
• Индукция
• Классификация
• Обобщение

Практическая значимость: Данные, полученные в исследовании, могут быть использованы при создании учебников по информатике с использованием 3D-объектов дополненной реальности. При использовании данной технологии повышается информативность учебного материала, что позволяет ученику обучаться плодотворно и с интересом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава I Технология дополненной реальности

1.1 Понятие дополненной реальности

 

Дополненная реальность (англ. augmented reality, AR), — термин, относящийся  ко всем проектам, направленным на дополнение реальности любыми виртуальными элементами. Дополненная реальность — составляющая часть смешанной реальности, в  которую также входит «дополненная виртуальность» (когда реальные объекты  интегрируются в виртуальную  среду). Иногда используют в качестве синонимов названия «Расширенная реальность», «Улучшенная реальность», «Обогащенная реальность» и тому подобные менее  удачные словосочетания.

Также верно еще одно определение: дополненная реальность — добавление к поступающим из реального мира ощущениям мнимых объектов, обычно вспомогательно-информативного свойства. В западном научном сообществе данное направление получило четкую устоявшуюся  терминологию — Augmented Reality (AR).

На сегодняшний день, большинство  исследований в области AR сконцентрировано на использовании живого видео, подвергнутого  цифровой обработке и «дополненного» компьютерной графикой. Отображение  актуальной дополнительной информации поверх видео можно наблюдать, в  частности, во время трансляции спортивных соревнований.

В современных боевых самолетах  и вертолетах часто используется нашлемная система индикации. Она  позволяет пилоту получать наиболее важную информацию прямо на фоне наблюдаемой  им обстановки, не отвлекаясь на основную приборную панель. Это позволяет  сэкономить драгоценные секунды, например, во время маневренного воздушного боя. Также многие подобные системы позволяют  производить целеуказание путем  поворота головы или движений глазных  яблок.

Существуют компьютерные игры, производящие обработку видеосигнала с камеры и накладывающие на изображение  окружающего мира дополнительные элементы. Например, в 2004 году была выпущена игра для мобильных телефонов с  названием Mosquitos, отображающая на экране телефона изображение с расположенной  позади него камеры, с наложенными  на это изображение прицелом и  огромными комарами, от которых «отстреливался»  игрок. [9]

Более серьёзные исследования включают использование отслеживания движения объектов, распознавание координатных меток при помощи машинного зрения и конструирование управляемого окружения состоящего из произвольного  количества сенсоров и силовых приводов.

Не следует путать дополненную  реальность с виртуальной реальностью. Их коренное различие в том, что дополненная  реальность вносит отдельные искусственные  элементы в восприятие реального  мира, а виртуальная конструирует новый искусственный мир. Изначально термин AR был введён в противовес виртуальной реальности: вместо погружения пользователя в синтезированное, полностью  информационное окружение, задачей AR является дополнение реального мира возможностями  по обработке дополнительной информации. Другие же исследователи понимают виртуальную  реальность как специальный случай дополненной реальности. Дополненная  реальность сама по себе представляет специальный случай более общей  концепции опосредованной реальности (med-R), в том смысле, что опосредованная реальность позволяет сознательно  дополнять или сокращать, а также  иным образом модифицировать реальность.

Дополненная реальность широко внедряется в области туристических  и справочных услуг. Один из самых  заметных примеров появления подобных сервисов в России — проект «Виртуальная история», который в октябре начал  реализовывать оператор связи МТС. Проект стартовал в Иркутске, здесь  любому пользователю смартфона или  планшета (с операционной системой iOS или Android) предлагается загрузить  специальное приложение. После этого гаджет, автоматически определив часть города, в которой находится человек, сообщит ему о ближайших исторических объектах, а также предложит посмотреть старые фотографии, дающие представление о том, как выглядели те или иные здания много лет назад. Увидеть прошлое конкретного памятника архитектуры можно наведя камеру на объект: мобильный компьютер распознает здание и накладывает поверх него на экране историческое фото. Интересно, что в программе предусмотрена регулировка прозрачности исторической фотографии — она по желанию пользователя может сильнее или слабее проглядывать на фоне реальной постройки. Одновременно сбоку появляется краткая справка об объекте.

Некоторые российские структуры  работают с мировым лидером в  области дополненной реальности — нидерландской фирмой Layar. Ее название восходит к английскому «layer»  — «слой», Layar разрабатывает универсальную  платформу для создания этаких слоев  дополненной реальности для разных стран. Она сотрудничает со множеством разработчиков, которые для того или иного города и по определенной теме создают такие виртуальные  слои, которые «накладываются» на реальное пространство. К категории  дополненной реальности можно отнести  и широкое использование в  рекламе так называемых QR-кодов. Эти картинки, которые смотрятся  как сочетание черных и белых  квадратиков, — своеобразная компьютерная метка: камера мобильного устройства, наведенного на этот код, распознает его и, например, проигрывает из интернета  рекламный ролик продукта или  демонстрирует его трехмерную виртуальную  копию. Рекламодатели говорят, что  многие, как ни странно, не ленятся  наводить свои смартфоны на QR-коды, чтобы узнать, что же такое за ними спрятано.

Все чаще подобные метки  дополненной реальности применяются  и в печатных изданиях. Многие компании в последнее время проводят среди  своих потенциальных потребителей различные игры и конкурсы с применением  технологий дополненной реальности — например, производители автомобилей предлагают скачать специальное приложение, которое поможет найти в городе спрятанные виртуальные изображения новой машины.

Впрочем, участники рынка  отмечают, что столь высоким интерес  к дополненной реальности в рекламе  будет не всегда.

«Технологии дополненной  реальности пока еще очень новое  и необычное явление для большинства  потребителей, поэтому в рекламных  кампаниях эти технологии так  успешны, — говорит Ирина Харсеева, PR-директор АR Door. — Однако мы понимаем, что через пару лет острота  интереса спадет, и технологии дополненной  реальности будут распространяться в первую очередь там, где они  несут не только развлечение, но и  пользу».[2]

1.2 История создания технологии дополненной реальности

 

Первым исследователем дополненной  реальности можно считать Айвэна Сазерленда, который построил работающий прототип системы в 1967 году. Он использовал  стереоочки «Sword of Damocles» для показа трехмерной графики. Изображение в  них проецировалось на два полупрозрачных стеклянных мини-дисплея с напылением серебра. Любопытное название происходит от способа крепления устройства — на потолке, что контрастировало  с наименованием класса такого рода оборудования: Head-Mounted Display. Впервые  система была использована в проекте, выполненном в 1968 г. для Bell Helicopter Company, в котором стереоочки работали в  паре с инфракрасной камерой, находящейся  под днищем вертолета. Камера управлялась  движением головы пилота. Так родилось понятие «дополненной реальности». Современный этап исследований начался  в 1990 году, когда исследователи фирмы Boeing решили использовать наголовные стереодисплеи  при сборке и обслуживании самолётов, накладывая интерактивную графику на изображения реального мира.

Одним из наиболее известных  исследователей в этой области сегодня  является Рональд Азума из HRL Laboratories. В 1997 г. он опубликовал большую обзорную статью «A Survey of Augmented Reality», где впервые  были ясно очерчены проблемы и возможности, связанные с внедрением этой технологической  концепции. С 1999 г. ведет свою историю регулярно проводимая конференция IEEE, ACM and Eurographics International Symposium on Mixed and Augmented Reality (ISMAR). Наиболее успешные и известные организации, специализирующиеся на дополненной реальностью, располагаются в Японии — Mixed Reality Systems Lab — и Германии — консорциум Arvika.

Рональд Азума определяет AR как систему, которая:

• совмещает виртуальное и реальное;

• взаимодействует в реальном времени;

• работает в 3D.

Большое положительное и  стимулирующие влияние на развитие технологий дополненной реальности оказала система отслеживания положения HiBall. Она была разработана сотрудниками университета Северной Каролины в рамках проекта, финансируемого агентством DARPA. Несмотря на то, что система способна работать только с предварительно подготовленными  закрытыми помещениями, достигнутая  в ходе экспериментов точность и  минимальная латентность были рекордными. HiBall с частотой 1500 Гц регистрирует любые  линейные перемещения начиная с 0,2 мм и вращения на углы от 0,03°.

Датчик, которым снабжается отслеживаемый предмет или человек, состоит из шести фотодиодов и  шести объективов. Каждый сенсор получает изображения со всех объективов, что  в сумме дает 36 независимых видов. Фотодиоды фиксируют сигналы  от снабженных матрицей светодиодов  панелей подвесного потолка.

Венцом усилий ученых стала  коммерческая эксплуатация системы  — компания 3rdTech продает HiBall-3000 Tracker. Одним из вариантов пользовательского  устройства-датчика является трехмерный дигитайзер, которым можно оцифровывать объемные предметы.

Следующий этап в развитии GPS-позиционирования — Code-Phase GPS. Обычный  датчик GPS использует для определения  временных задержек спутникового сигнала  кодовую синхронизацию. Спутник  ретранслирует постоянно повторяющуюся  последовательность кодов. Приёмник, получив  сигнал, начинает циклически сдвигать свою последовательность до тех пор, пока она не совпадет с принятой. Количество шагов, которые потребовались  для кодовой синхронизации, дает представление о временной задержке. Но именно «дает представление»: частота  следования символов в последовательности ограничена, и точность измерений  — тоже.

Датчики Code-Phase GPS не останавливаются  на кодовой синхронизации и, после  того как последовательности совпали  на цифровом уровне, начинают добиваться совпадения несущих частот внутреннего  тактового генератора и спутникового сигнала. Частота передачи спутников GPS равна 1,57 ГГц, и если перевести  данное значение на язык расстояний, то максимальная точность измерений для  фазовой синхронизации составляет около 3 мм.

На сегодняшний день существуют следующие иностранные разработки:

• Проект Semapedia. Члены проекта Semapedia располагают на объектах реального мира штрихкодовые ярлычки с дополнительной текстовой информацией, а также ссылками на интернет-страницы с подробностями. Это, конечно, не так зрелищно, как в голливудских фильмах, но очень информативно и полезно, и к тому же доступно всем желающим уже сейчас.[4]