Реферат: Расширение реальности

ПРОЛОГ-ПРИХОД КИБЕР-ЧЕЛОВЕКА

        Съёмочнаягруппа канадского телевидения создала недавно любопытный документальный фильмпод названием Cyberman, т.е. «Кибер-челвек». Вся картина целиком посвящена престранномупрофессору торонтского университета по имени Стив Мэнн, который уже болеедвадцати лет пытается совместить в себе человека и компьютер. Занявшисьразработкой компьютеризированных очков ещё в школьном возрасте в 1970-х,снискав славу пионера  концепции носимыхкомпьютеров на рубеже 1980-1990-х, Мэнн по сию пору,практически не снимая, носит на себе кучу всевозможной электроники.Документальный фильм, поделив экран на три части, даёт зрителю  возможность одновременно видеть жизнь Мэнна со стороны (с позиции киношников), через один егоглаз (поскольку объектив видеокамеры в очках постоянно транслирует происходящеев нательный компьютер и Интернет) и через другой егоглаз (постоянно смотрящий в миниатюрный дисплей, заменяющий правую линзу очкови непрерывно снабжающий Мэнна всевозможнойдополнительной информацией)...

        Всё этозрелище, понятное дело, поначалу выглядит как запредельное чудачество сильно «гикнувшегося» учёного, однако при чуть более внимательномвзгляде в несколько окарикатуренном виде здесь можно разглядеть характерныечерты мощнейшей технологии будущего — так называемой «расширенной реальности»,или, кратко, AR (Augmented Reality).

НАХАЛЬНАЯ VR ИДЕЛИКАТНАЯ AR

        По сути деларечь идёт о фундаментально ином типе интерфейса для общения человека икомпьютера. Под термином «расширенная реальность» в первую очередь компьютерныедисплеи,  добавляющие виртуальнуюинформацию в поток традиционных сенсорных восприятийчеловека. Большинство нынешних AR-разработоки исследований сосредоточенно на создании устройств «сквозного видения»,которые как правило, крепится к голове и накладывают дополнительную графику итекст на картины окружающей человека обстановки. В принципе, можно добавлять итакие сенсорные воздействия, как звуки или тактильные ощущения, но подавляющаячасть информации о мире поступает к нам через зрение, поэтому имеет смыслсфокусироваться на визуальных технологиях расширения реальности.

        Главнаяособенность AR-систем втом, как они представляют пользователю информацию: не на отдельном дисплее, анепосредственно интегрируя в естественные механизмы восприятия. Здесь сводятсяк минимуму все мысленные усилия, необходимые человеку для переключения отреального мира к компьютерному изображению. В сущности, новый компьютерныйинтерфейс и способ видения мира становится одним и тем же.

        Реальныйярчайший пример, демонстрирующий возможности AR, — медицинские приложения. Зрение врачей начинает получатьэквивалент рентгена, позволяя в реальном масштабе наблюдать результатысканирования внутренних органов, наложенные на соответствующую часть телабольного. «Прозрачное» тело, к примеру, даёт возможность эффективно проводить лапороскопические операции с минимальным хирургическимвмешательством.

        AR — системы постоянноотслеживают позицию и ориентацию головы пользователя, чтобы накладываемыйвиртуальный материал максимально аккуратно совмещался с видимой картинкой мира.Понятно, что в такого рода системах нередко используются примерно те жетехнологии, что и в области моделирования виртуальной реальности (VR). Однако есть исущественная разница. Виртуальная реальность как бы ставит перед собойнахальную цель полной подмены картины мира настоящего, а расширенная реальностьлишь деликатно и почтительно этот мир дополняет.

        Пока чтополноценная расширенная реальность может казаться чем-то фантастическим, однаков исследовательских лабораториях прототипы подобных систем создаются уже болеетрёх десятилетий. Сам термин augmentedreality родился не так давно, в начале 1990-х годов, у учёных корпорацииBoeing, когда здесьсоздавали экспериментальную AR-системудля помощи рабочим- сборщикам  примонтаже хитроумнейших сетей из проводов и кабелей всамолётах. Самым же главным для ощутимого прогресса в AR-исследованиях за последнеедесятилетия стало существенное снижение цен на компьютерное оборудование пристремительном одновременном росте его производительности.  

ГОЛОВА — ТЕЛЕВИЗОР

По своему определению дисплейсквозного видения в AR-системедолжен комбинировать в едином изображении виртуальную и реальную информацию. Впринципе, такой дисплей может быть закреплён и стационарно, но обычно егокрепят к голове – в виде миниатюрного экрана, расположенного близко к глазу ипоэтому способного создавать впечатление картины любого размера. По аналогии снаушниками это устройство можно назвать головным дисплеем, в английском же языкедля его обозначения закрепилась аббревиатура HMD, head-mounteddisplay.

Устройства HMD подразделяются на два основных типа:оптические и видео. Оптический дисплей сквозного видения в простейшем вариантепредставляет собой зеркальный светоделитель – полупрозрачноезеркало, одновременно отражающее и пропускающее свет. Если правильнорасположить такую пластину, то светоделитель можетотражать в глаз пользователя проекционную картинку компьютерного дисплея иодновременно пропускать свет от картины реального окружающего мира. Для болеекачественного наложения картинок могут использоваться линзы и призмы, однакопринцип совмещения изображений  в такомустройстве становится очевиден.

Что же касается второго типа,т.е. видеодисплеев сквозного видения, здесь применяется технология микшированиявидео изображений, первоначально создавшаяся для спецэффектов в кино и ТВ.Иными словами происходит комбинирование картинки от закреплённой на головевидеокамеры и изображений, сгенерированных компьютером. В этом случае очкисовершенно непрозрачные, поскольку роль линзы играет дисплей, на которыйпроецируется совмещённое изображение. Видеокамеру, как правило, стремятсярасположить максимально близко к точке обзора глаза, чтобы получающаясявидео-картинка была как можно ближе естественному зрению. И в первом, и вовтором вариантах дисплеи могут монтироваться для обоих глаз, так что возможноформирование объёмного стереоскопического изображения.

Как это обычно бывает, каждыйиз альтернативных подходов к конструкции HMD имеет свои плюсы и минусы. Оптические системы даютпользователю возможность видеть реальный мир с тем прекрасным разрешением иобзором, что представляют глаза. Зато накладываемая графика получаетсяполупрозрачной и не скрывает объекты, которые подменяет. В результате можетплохо читаться текст,  или трёхмернаяграфика не всегда способна создать убедительную иллюзию объёма. Кроме того,из-за разницы в дистанциях пользователь может испытывать трудности при попыткаходновременной фокусировки на реальном объекте и его наложенной структуре.

В видеосистемах сквозноговидения, напротив, виртуальные объекты полностью скрывают реальные, а такжекомбинируются с ними с большим разнообразием с точки зрения графическихэффектов. Нет здесь и проблем с фокусировкой, поскольку виртуальные ифизические объекты совмещаются в одной плоскости. Однако оборотной сторонойвсех этих плюсов компьютерного изображения становится заметное снижениекачества картинки, поскольку разрешающим способностям видеокамеры и экрана покачто далеко до человеческого глаза.

Постоянно совершенствующиесятехнологии позволили довести современные микро дисплеи до размеров вполнеобычных очков. Отчётливо наметилось и несколько новых направлений. Например,копания MICROVISION нетак давно начала выпускать устройство, в котором лазер малой энергии проецируетизображение без всяких экранов на сетчатку глаза. При другом альтернативномподходе генерируемая компьютером графика, напротив, объёмно проецируетсянепосредственно, на окружающую обстановку. Ясно, что та или иная конкретнаяконструкция дисплея расширенной реальности будет определяться характеромрешаемых с его помощью задач, а потому самое время подробнее рассмотреть теобласти, где применение AR– систем несёт вполне очевидные выгоды.

ВЦЕХУ, В БЫТУ, НА ПОЛЕ БОЯ

Что касается производства, то,напомним, термин «расширенная реальность» был придуман в 1990 году учёнымкорпорации «Боинг» Томом Коделлом, замыслившим«волшебными очками» заменить кучу увесистых папок со схемами, описывающимимудрёную разводку проводов в каждой из моделей самолётов компании. Новаторскиеидеи Коделла и его коллег не получили тогдаполноценного развития, главным образом из-за недостаточно развитой в ту порукомпьютерной техники. Но был чётко сформулирован весьма плодотворный общийпринцип: с помощью AR всякийтехник по ремонту оборудования, разглядывая вышедший из строя сложный агрегат,видит на его фоне инструкции, выделяющие те детали, что подлежат проверке впервую очередь, а также рекомендации по их демонтажу и замене. В настоящее времяэто концепция начинает воплощаться в самых разных системах – от техобслуживанияхимкомбинатов до ремонта автомобилей и бытовой техники.

Чрезвычайно полезны AR-системы в опасных дляжизни профессиях. Например, пожарные могут отчётливо видеть внутреннюю структуругорящего здания, что позволяет им обходить более рискованные участки, невыявляемыми любыми иными средствами. Пилоты современных боевых самолётов,танкисты или военные моряки уже много лет имеют компьютерные системы, выводящиена экран обзорного дисплея полезную дополнительную информацию на основепоступающих аналитических данных о ходе боя. Донести такие же идеи до каждогосолдата – задача весьма проблематичная с точки зрения технологий. Но в США,например, ещё в 1994 году была запущена исследовательская программа LAND WARROR, ставящего своейцелью создание носимого AR- компьютерав качестве стандартной экипировки пехотинца. Программа эта уже успела пережитькризисный этап, и едва небыла свёрнута из-заперерасхода средств. Однако сейчас работа вновь идёт полным ходом. На 2003 г.намечены массовые полевые испытания «солдатского компьютера», а на 2008 –оснащение подобной техникой всех бойцов. Обеспеченные AR- системой солдаты получаютвозможность действовать на любой незнакомой территории, где заранее проведенытщательное картографирование и разведка. Например, видеть позиции вражескихснайперов, выявленные накануне беспилотными самолётами – шпионами. Видеть непросто здание, а объект с надписью «склад боеприпасов». Не просто дорогу, аучастки с надписью «заминировано».

Практически те же самые принципыоказания помощи при ориентации в неизвестной местности развиваются и совсем виных, куда более мирных областях — прежде всего, в туристическом бизнесе.Путешественники, оснащённые мобильной AR – системой, получат возможность не только свободноориентироваться в чужом городе, но, и окинув взглядом улицу, увидеть, кпримеру, на дисплее очков список и местоположение всех ресторанов в квартале, атакже комментарии о ценах, особенностях кухни и самых ударных блюдах всегодняшнем меню. Главное здесь, чтобы сами владельцы этих заведенийпозаботились о своевременном обновлении соответствующей информации в интернете.

Интересные приложения AR – систем разрабатываютсядля музеев. Например, немецкими учёными из Фраунгоферовскогоинститута PC -  графики разработано устройство,позволяющее посетителям увидеть древний экспонат не только в сильно попорченномвеками нынешнем состоянии, но и (надев специальные очки) полюбоваться вещью вовсей её первозданной красе. Естественно это будет реконструкция,воспроизведённая археологами и историками искусства,  однако на силе эстетических впечатленийподобная трансформация может сказываться самым удивительным образом.

В бизнесе AR – системы могут оказать неоценимуюпомощь  и при таких мероприятиях, как,скажем, многолюдные презентации. Сотрудники, занимающиеся связью собщественностью, получат ценнейший инструмент – чудо очки, высвечивающие на микродисплей всю нужную инфу о каждом участнике: имя,компания, должность и т.д. и т.п. Тут же, конечно, начинают всплывать инеприятные всевозможные стороны технологии, связанные с покушением на приватностьграждан. Ведь  далеко не каждомупонравится, что фактически «первый встречный», окинув тебя взглядом, может тутже порыться во всех сведениях, что найдутся на твою персону в базах данных.Более того, богатые до фантазий головы  уже видят AR – системы,позволяющие, к примеру, владельцу очков виртуально раздеть всякогозаинтересовавшего человека.… Впрочем, всякая новая технология несёт в себе потенциалдвоякого применения, и дело тут, скорее, в уровне развития человека, а не вугрозах продвинутой техники.

ЭПИЛОГ– ВЫКЛЮЧЕННЫЙ КИБОРГ

В заключение можно отметить,что на сегодняшний день не люди — киборги раздеваютпрохожих, а их самих раздевает бдительная охрана аэропортов. Причём невиртуально, а вполне натурально. С упоминавшимся в прологе «терминатором изТоронто» Стивом Мэнномсовсем недавно произошёл пренеприятнейщий инцидент,когда авиакомпании AIRCANADA  ни в какую не захотелапропускать на борт самолёта субъекта,не снимающего не снимающего чёрныеочки, обвешанного электроникой и опутанного проводами. Поскольку дело было наострове Ньюфаундленд, а вернуться домой очень хотелось, после трёх днейпрепирательств Мэнну всёже пришлось согласится на отсондинениевсей PC техники, часть которой, заметим, былаподключена к его организму вживлёнными в тело электродами. Отдав аппаратуру напроверку, Мэнн лишился привычных органов чувств, навремя потерял ориентацию в пространстве, несклько разупал и сильно ударился при этом головой. В итоге, в родной Торонто профессорвернулся совершенно разбитым в инвалидной каляске, аадвокат Мэнна подал на AIR CANADA в суд, оценив материальныйущерб от испорченой осмотром техники в 58 тыс.долларов, и моральный ущерб, понесённый ущемлённым в правах киборгом– в 1 миллион долларов. Коллега профессора из торонтскогоуниверситета тут же отпустил по адресу бедолаги Мэнна  шутку: «На этом примере все должны увидеть, что происходит с киборгами, когда их выключают».

      

еще рефераты
Еще работы по компьютерам и переферийным устройствам