Технология дополненной реальности как современный метод обучения школьников. Что такое дополненная реальность? Технология дополненной реальности Примеры применения дополненной реальности

Все, что нужно знать про VR/AR-технологии

Анастасия Скрынникова

Что такое VR и AR?

Виртуальная реальность - созданный техническими средствами мир, передаваемый человеку через его ощущения: зрение, слух, обоняние, осязание и другие. Виртуальная реальность имитирует как воздействие, так и реакции на воздействие.

Дополненная реальность (англ. augmented reality, AR - «расширенная реальность») - технологии, которые дополняют реальный мир, добавляя любые сенсорные данные. Несмотря на название, эти технологии могут как привносить в реальный мир виртуальный данные, так и устранять из него объекты. Возможности AR ограничиваются лишь возможностями устройств и программ.

Cтоит сразу прояснить разницу между AR и VR:

VR блокирует реальный мир и погружает пользователя в цифровую вселенную. Если вы надеваете гарнитуру и вместо гостиной вдруг оказываетесь в гуще схватки с зомби, то это VR.

AR добавляет элементы цифрового мира в реальный. Если вы идете по улице и вдруг на тротуаре перед вами появляется покемон Дрэгонайт, то это AR.

Пример дополненной реальности: игра Pokemon GO

История AR/VR

Принято считать, что развитие виртуальной реальности началось в 50-е годы прошлого века. В 1961 году компания Philco Corporation разработала первые шлемы виртуальной реальности Headsight для военных целей, и это стало первым применением технологии в реальной жизни. Но опираясь на сегодняшнюю классификацию, систему, скорее, отнесли бы к AR-технологиям.

Отцом виртуальной реальности по праву считается Мортон Хейлиг. В 1962 он запатентовал первый в мире виртуальный симулятор под названием «Сенсорама». Аппарат представлял собой громоздкое устройство, внешне напоминающее игровые автоматы 80-х, и позволял зрителю испытать опыт погружения в виртуальную реальность, например, прокатиться на мотоцикле по улицам Бруклина. Но изобретение Хейлига вызывало недоверие у инвесторов и учёному пришлось прекратить разработки.

«Сенсорама» Хейлига

Через несколько лет после Хейлига похожее устройство представил профессор Гарварда Айван Сазерленд, который вместе со студентом Бобом Спрауллом создал «Дамоклов меч» - первую систему виртуальной реальности на основе головного дисплея. Очки крепились к потолку, и через компьютер транслировалась картинка. Несмотря на столь громоздкое изобретение, технологией заинтересовались ЦРУ и НАСА.

В 80-е годы компания VPL Research разработала более современное оборудование для виртуальной реальности - очки EyePhone и перчатку DataGlove. Компанию создал Джарон Ланье - талантливый изобретатель, поступивший в университет в 13 лет. Именно он придумал термин «виртуальная реальность».

Дополненная реальность шла рука об руку с виртуальной вплоть до 1990 года, когда учёный Том Коделл впервые предложил термин «дополненная реальность». В 1992 году Льюис Розенберг разработал одну из самых ранних функционирующих систем дополненной реальности для ВВС США. Экзоскелет Розенберга позволял военным виртуально управлять машинами, находясь в удалённом центре управления. А в 1994 году Жюли Мартин создала первую дополненную реальность в театре под названием «Танцы в киберпространстве» – постановку, в которой акробаты танцевали в виртуальном пространстве.

В 90-х были и другие интересные открытия, например, австралийка Джули Мартин соединила виртуальную реальность с телевидением. Тогда же начались разработки игровых платформ с использованием технологий виртуальной реальности. В 1993 году компания Sega разработала консоль Genesis.

На демонстрациях и предварительных показах, однако, всё и закончилось. Игры с Sega VR сопровождали головные боли и тошнота и устройство никогда не вышло в продажу. Высокая стоимость девайсов, скудное техническое оснащение и побочные эффекты вынудили людей на время забыть о технологиях VR и АR.

В 2000 году благодаря дополнению с технологиями AR в игре Quake появилась возможность преследовать чудовищ по настоящим улицам. Правда, играть можно было лишь вооружившись виртуальным шлемом с датчиками и камерами, что не способствовало популярности игры, но стало предпосылкой для появления известной ныне Pokemon Go.

Настоящий бум начался только в 2012 году. 1 августа 2012 года малоизвестный стартап Oculus запустил на платформе Kickstarter кампанию по сбору средств на выпуск шлема виртуальной реальности. Разработчики обещали пользователям «эффект полного погружения» за счет применения дисплеев с разрешением 640 на 800 пикселей для каждого глаза.

Необходимые 250 тысяч долларов были собраны уже за первые четыре часа. Спустя три с половиной года, 6 января 2015 года, начались предпродажи первого серийного потребительского шлема виртуальной реальности Oculus Rift CV1. Сказать, что релиз был ожидаемым - значит не сказать ничего. Вся первая партия шлемов была раскуплена за 14 минут.

Это стало символическим началом бума VR-технологий и взрывного роста инвестиций в эту отрасль. Именно с 2015 года технологии виртуальной реальности стали поистине новым технологическим Клондайком.

Что происходит на рынке виртуальной и дополненной реальности в мире

Хотя возможности виртуальной реальности ещё недоступны массовому потребителю, известные компании вовсю занимаются развитием этих технологий.

Владелец Universal Studios компания Comcast вложила $6,8 млн в небольшую VR-студию Felix&Paul в Монреале, которая успела поработать с Funny or Die и Белым домом.

В развитие виртуальной реальности инвестирует также издание New York Times. Уже много издание создает 360-градусные видео, которые выигрывают фестиваль « Каннские львы».

Российский рынок виртуальной и дополненной реальностей по большей части представлен небольшими компаниями, которые делают проекты на базе зарубежных разработок (Oculus Rift, HTC Vive). Такой, например, является компания AR Production , которая появилась на рынке в 2011 году и делает проекты под разные компании – в том числе Музей дополненной реальности , буклеты с дополненной реальностью для Газпрома и виртуальную экскурсию для агрохолдинга «Кубань».

Но не все компании хотят строить бизнес, отталкиваясь от разработок западных коллег. Так, российская компания Boxglass не только снимает видео в формате 360 и разрабатывает AR/VR-приложения, но и производит собственные очки виртуальной реальности .

Ещё круче работает компания VE Group - основанная около 10 лет назад, она называет себя системным интегратором в области 3D-визуализации и систем виртуальной реальности. Помимо разработки центров виртуальных исследований и комнат VR, компания делает VR-решения для нефтегазовой отрасли, образования и строительства.

Рынок виртуальной реальности в России также хорошо представлен стартапами, крупными и не очень. Из тех, у кого точно получилось, можно выделить стартап Fibrum, который в прошлом году с немецкими ритейл-сетями Media Markt и Gravis о поставке своих шлемов виртуальной реальности. Еще один интересный проект - мотоциклетный шлем дополненной реальности LiveMap , финальная версия которого будет представлена на CES 2018.

Так выглядит VR-шлем от Fibrum

Подробнее о рынке AR/VR в России читайте в материалах Rusbase:

Инвесторы на рынке VR и AR

Как стартаперу легче всего найти средства для развития проекта? Конечно, привлечь инвестора.

Если вы создали (или только хотите создать) VR-стартап и ищете инвесторов именно в России, то стоит обратить внимание на фонд VRTech , который основан в 2016 году и ориентирован на VR-проекты на начальной стадии из России, Америки, Европы и Азии.

Что инвесторы думают о AR/VR, читайте в материалах Rusbase:

Использование виртуальной и дополненной реальностей

Виртуальная реальность - та отрасль, в которой инфраструктура и технологии развиваются параллельно с развитием контента. Ведь если есть шлем или очки виртуальной реальности -должно быть то, что через них смотреть и делать.

Поэтому можно обозначить несколько основных направлений развития отрасли, в зависимости от контента и сферы применения:

1. кино;
2. трансляции и шоу;
3. маркетинг
4. образование;
5. и недвижимость;
6. и ВПК.

Есть детальный обзор рынка по каждому из этих пунктов. А ниже рассказываем о том, как конкретно технологии VR и AR применяются в разных отраслях.

Если вы внимательно читали часть, посвященную истории виртуальной реальности, то уже знаете, что разработки начались в первую очередь для применения их в военных целях. С тех пор разработки VR стали качественнее, а сейчас начинают применяться не только в военном деле, но и в других областях. Например, для лечения психических расстройств. Специалисты из Гарвардского университета опубликовали , в которой рассматривают эффективность современных методов VR для лечения психических заболеваний, а особенно - тревожных неврозов и фобий. А феврале прошлого года группа ученых из Великобритании и Испании с помощью виртуальной реальности и продемонстрировала его эффективность.

Пожалуй, самые полезные VR-разработки делаются в медицине. Студентам медицинских вузов больше не нужно оттачивать мастерство на трупах, вместо этого появились виртуальные симуляторы с тактильной обратной связью. Так выглядит тренажер для хирургов на основе виртуальной реальности:

Любопытные решения виртуальной и дополненной реальности есть и в маркетинге. И если вы думаете, что маркетинг и реклама – это всего лишь бесполезная трата времени и денег, посмотрите на проект Inside Impact фонда Билла Клинтона против бедности. Чтобы собрать деньги на развитие стран Восточной Африки, фонд создал фильм, снятый на 360-градусную камеру. При просмотре зрители попадают в Кению вместе с Биллом Клинтоном и его дочерью Челси. Поднимая темы ВИЧ/СПИДа, малярии, нехватки роддомов и перспектив солнечной энергии, зрителя практически за руку проводят по улицам, школам и другим учреждениям, вовлекая и подталкивая к эмпатии.

VR - будущее порноиндустрии?

Предметы виртуальной реальности

К предметам VR мы относим все устройства, которые используем для погружения в виртуальный мир. Это могут быть:

• Костюм виртуальной реальности
• Очки VR
• Перчатки
• Комната VR

Костюм виртуальной реальности - устройство, позволяющее человеку погрузиться в мир виртуальной реальности. Это костюм, полностью изолирующий от внешнего мира, внутри которого находятся видеоэкран, многоканальная акустическая система и электронные устройства, воздействующие на нервные окончания кожи, вызывая иллюзию прикосновений или, например, дующего ветра.

Сейчас изготовление такого костюма нецелесообразно из-за его высокой стоимости, поэтому для частичного погружения в виртуальное пространство обычно используют шлем и перчатки виртуальной реальности.

Впрочем, вполне достоин звания костюма виртуальной реальности гаптическийТо есть включающий все виды кожной рецепции, за счет работы которых строится осязательный образ костюм от американского стартапа

В статье рассматриваются идеи и уже существующие примеры использования технологий дополненной и виртуальной реальности (AR и VR) в образовании. В начале статьи дается краткий обзор технологий, даются основные определения, описывается техническая часть. Далее рассматривается существующий опыт применения этих технологий: приложения, организации, исследования. В последнем разделе предлагаются идеи для применения в образовании. В заключении указываются основные проблемы и трудности, которые могут возникнуть в процессе внедрения этих технологий.

Бутов Роман Александрович,
инженер ИБРАЭ РАН, аспирант

Григорьев Игорь Сергеевич,
методист Ресурсного центра ГБПОУ “Воробьевы горы”

Обзор технологий

Виртуальная и дополненная реальности (VR и AR) – это современные и быстро развивающиеся технологии. Их цель – расширение физического пространства жизни человека объектами, созданными с помощью цифровых устройств и программ, и имеющими характер изображения (Рис. 1).

На рисунке 1а показано изображение, которое видит пользователь через специальные очки виртуальной реальности (далее – VR). Изображение разделено на две отдельные картинки для каждого глаза и специально искажено, чтобы создать для глаз иллюзию трехмерного пространства. Если человек перемещается или просто поворачивает голову, то программа автоматически перестраивает изображение, что создает ощущение реального физического присутствия. С помощью контроллеров (джойстиков и т.п.) пользователь может взаимодействовать с окружающими предметами, например, он может поднять камень и бросить его с горы – встроенная в программу физическая модель просчитает полет этого камня, что еще больше создаст иллюзию реального пространства.

На рисунке 1б показано приложение, использующее технологии дополненной реальности (далее – AR). В этом приложении можно размещать изображения мебели на изображении с камеры телефона, но за счет их деформаций у пользователя создается впечатление, что он видит реальный предмет, располагающийся в комнате. Важно, то, что в этом случае реальность (комната) дополняется виртуальным креслом, и соответствующая технология будет называться дополненной реальностью. Создание дополненной реальности возможно не только с помощью смартфонов, но и других технических средств, например, посредством специальных очков. В этом случае, виртуальное изображение достраивается на поверхности линз очков.

Рисунок а

Рисунок б

Рисунок 1. Примеры технологии виртуальной (а) и дополненной реальности (б)

В качестве устройств на данный момент используются: очки виртуальной и дополненной реальности, контроллеры, наушники, смартфоны, планшеты. Эти устройства позволяют человеку видеть и слышать цифровые объекты (Рис. 2). В ближайшем будущем, ожидается появление перчаток с обратной связью, позволяющих человеку осязать цифровые объекты (Рис. 3).

Рисунок а

Рисунок б

Рисунок в

Рисунок 2. Устройства для VR и AR: очки с наушниками (а), контроллеры (б), смартфоны и планшеты (в)

Рисунок 3. Прототип перчаток с обратной связью

Программы создаются, как правило, на тех же платформах, на которых разрабатывают компьютерные игры (Unity , Unreal Engine , и т.д.), с помощью различных инструментов для разработки программ виртуальной и дополненной реальности (Steam VR , Google VR , Oculus , Windows Mixed Reality , Google ARCore , Apple ARkit , Google Tango , Vuforia и т.д.).

Прототипы устройств и первые использования терминов VR и AR существовали еще в середине 20 века, но современная терминология была сформирована в начале 90-х годов. Для VR в работе Джарона Ланье (Jaron Lanier) , для AR в работе авторов Коделла, Томаса и Мизелла (Caudell, Thomas P., and David W. Mizell) .

Вследствие бурного развития технологий, терминология постоянно изменяется. Однако, понятие реально-виртуального континуума (reality-virtuality continuum), предложенное в работе Милгрэма, Поула и др. (Milgram, Paul, et al.) остается актуальным и по сей день и является основополагающим для последующих. На рисунке 4 показана иллюстрация для определения понятия реально-виртуального континуума.

Рисунок 4. Реально-виртуальный континуум.

Все технологии, связанные с расширением реальности посредством цифровых объектов (возможно, что и не только цифровых), располагаются между двумя полярными вариантами возможных реальностей: реальностью (reality), в которой мы с вами живем, и виртуальной реальностью (virtual reality, VR). Реальность – это абсолютное отсутствие дополнительных объектов в физическом пространстве, т.е. само физическое пространство. Виртуальная реальность – это абсолютное отсутствие реальных объектов. Множество этих технологий называется смешанной реальностью (mixed reality, MR). На практике оно часто разбивается на подмножества. Двумя классическими подмножествами являются дополненная реальность (augmented reality, AR) и дополненная виртуальность (augmented virtuality, AV). В первом случае подразумеваются технологии, дополняющие реальность различными объектами, во втором, дополняющие виртуальную реальность реальными объектами.

В качестве примера можно привести технологию, которая погружает вас в Древний Рим. Если эта технология дополняет окружающее вас пространство различными объектами из той эпохи (мечи, доспехи, глиняные кувшины, храмы, арены), то это будет считаться AR технологией, если же вас переносят в древний город, с его архитектурой, людьми, погодой, событиями, и т.д., но, к примеру, лица этих людей будут транслироваться из окружающего мира, то это технология дополненной виртуальности (далее – AV). На сегодняшнем уровне развития, технология AV практически не используется, но в будущем она может стать гораздо более впечатляющей, чем AR и VR.

Говоря о прогнозах развития технологии, часто предполагается смещение существования человека в пространство смешанной реальности (MR), что уже наблюдается вследствие развития интернета и мобильных устройств. В рамках виртуально-реального континуума мобильные устройства можно считать технологией дополненной реальности AR, так как они дополняют окружающий мир дополнительной визуальной, звуковой и отчасти тактильной информацией. В короткометражном фильме антиутопии режиссер Кейши Матсуда (Keiichi Matsuda) , показывает результат такого движения, который автор называет чрезмерной или сверх-реальностью (hyper reality). Сможет ли человек в том виде, в котором он есть сейчас существовать в подобном мире? Это остается вопросом.

Имеющийся опыт применения в образовании

В последнее десятилетие, благодаря уменьшению стоимости устройств, технологии стали более доступны широкому кругу пользователей. Что, в свою очередь, привело к росту числа программ (приложений) по различным тематикам. Для VR это в основном игры от 1 лица в жанре шутер или записи камер 360 градусов (прыжки парашютистов, достопримечательности, дикая природа, подводный мир, динозавры и т.д.), для AR приложения для изменения лиц пользователей, измерения расстояний объектов реального мира, различные головоломки, а также обучающие программы (в основном, по анатомии и астрономии).

Если говорить о применении в образовании, то для виртуальной реальности это изучение природы , проведение лабораторных работ по физике , изучение динозавров , путешествие по планетам , астрономии и многое другое. Для AR это изучение анатомии , химии , астрономии .

Технологии VR и AR часто упоминаются в программах иммерсивного обучения (immersive education) . Такие программы включают в себя использование современных информационных технологий в процессе обучения, который проходит внутри различных виртуальных миров и симуляций, причем часто в игровой форме. Такой вид обучения способствует повышению вовлеченности, коммуникаций между обучаемыми и интереса к предмету.

В рамках академических исследований, на тему влияния технологий дополненной реальности на процесс обучения, было проведено десятки работ (наиболее полный обзор представлен в одной из указанных в списке источников работе – ). В обзоре отмечено улучшение успеваемости обучаемых, понимания материала, повышение уровня мотивации. Также растет степень вовлеченности в процесс обучения и интереса к изучению предмета, повышается уровень коммуникации между студентами.

Основные проблемы, с которыми сталкивались преподаватели – это дополнительное время, затраченное на скачивание приложений, обучение работе с ними обучаемых, плохая работа геолокации, иногда низкое качество отклика моделей, трудности у студентов с работой в формате AR. В целом, все проблемы связаны с недостатком опыта в работе с AR и пока еще несовершенством технологии. В дальнейшем, с развитием технологии, эти проблемы будут устранены.

Идеи для применения

В данном разделе представлены лишь некоторые идеи того, как могут быть использованы возможности технологий AR и VR в сфере образования.

a) виртуальная реальность (VR)

Возможность этой технологии погружать человека в виртуальный мир определяет основное направление для ее развития в образовании. Все то, что не может быть создано в реальном мире по техническим, экономическим или физическим причинам, может быть создано в мире виртуальном. Возможность побывать там, где в реальности побывать трудно или невозможно. Увидеть электрические и магнитные поля, доисторических животных, подводные миры, древние страны, планеты и астероиды. Также эта технология может открывать некоторые вещи по-новому, к примеру, живопись, есть приложение, которое погружает вас в картину Ван Гога «Ночное Кафе» . Такие приложения могут по-новому открыть живопись в веке кино и компьютерных игр.

В физике, эта технология может позволить проводить лабораторные работы в современных лабораториях. К примеру, почему бы не смоделировать наиболее известные исследовательские проекты последних лет: большой андронный коллайдер или детектор гравитационных волн и провести в них лабораторные работы? Это позволит заинтересовать обучаемых, показывая им современное состояние науки, а не то, при котором учились еще их деды и прадеды (что конечно, тоже имеет значение).

При изучении иностранных языков, большой прогресс в обучении достигается при живом общении с носителем. Но если такого человека найти трудно или трудно технически доставить его в аудиторию. Виртуальная реальность уже сейчас позволяет попадать в пространства, где можно не только общаться, но и взаимодействовать с другими пользователями . Например, можно перенести группу, изучающих японский язык в России, и группу, изучающих русский язык в Японии, в одно пространство, где они могли бы общаться, выполнять задания. А на следующее занятие, например, с группой из Испании. Такой интерактивный формат будет интересен обучаемым в любом возрасте. Проводить же такие встречи вживую или даже с использованием видеоконференций связи было бы не так эффективно, но более трудоемко и затратно.

В изучении истории, обучаемые могут ознакомиться с трехмерными экспонатами музеев мира. А также с воссозданными городами, битвами или другими историческими событиями. Например, можно не только воссоздать Бородинскую битву, но и позволить обучаемым в ней поучаствовать и принимать свои собственные, а также коллективные решения. Таким образом, это будет новым шагом развития после создания Бородинской панорамы в Москве.

В области географии современное развитие камер 360 градусов, позволяют пользователям снимать трехмерные панорамы и видео. Многие исследователи, путешественники и просто туристы снимают множество материала и выкладывают его в открытый доступ. Это видео про горы, океаны, полеты, вулканы, полюса. Использование такого материала на занятиях, позволит обучаемым увидеть далекие уголки нашей планеты и поддержать их интерес к путешествиям.

В биологии технология открывает возможность масштабироваться до размера органов, клетки или даже молекулы ДНК . Интерактивные возможности позволяют не только увидеть статическую картину, но и посмотреть, к примеру, процесс репликации ДНК.

В области химии приложения позволяют проводить опасные или дорогостоящие опыты . Изучать строения атомов и молекул. Наблюдать за химическими превращениями в динамике.

В области литературы можно, например, визуализировать наиболее яркие моменты художественных произведений. Интересным видится совмещение материала и события. Например, побывать на экзамене в Царскосельском лицее и увидеть, как Пушкин читает «Воспоминания в Царском Селе». Конечно, голоса поэта и главное той энергии уже не воссоздать, но такой формат позволит обучаемым почувствовать ту атмосферу, которая царила в то время.

b) дополненная реальность (AR)

Визуализация алгебраических поверхностей, как второго, так и более высоких порядков. На рис. 5 показаны алгебраические поверхности 2 порядка при их отображении с помощью технологии AR. Обучаемый получит возможность качественно изучить поверхность как реальный объект перед собой, а не на экране компьютера и, тем более, книги, а также изменять параметры в реальном времени и видеть результат. Все это должно способствовать лучшему пониманию структуры уравнений (интерактивное изменение параметров) и трехмерной формы поверхностей.

Рис. 4. Алгебраические поверхности 2 порядка

Аналогичные визуализации можно создавать для поверхностей более высокого порядка (рис. 5).

Рис. 5. Алгебраические поверхности порядка больше 2: (a) Диагональная кубическая поверхность Клебша, (б) Лента Мебиуса, (в) Бутылка Клейна

Основным направлением для применения в физике является визуализация уравнений математической физики. При этом показывается решение в виде физического процесса. Обучаемый сможет динамически изменять параметры уравнения и видеть влияние этого изменения на результат.

Интересным видится визуализация фазовых диаграмм, в частности pvt-диаграммы (фазовой диаграммы) воды (рис. 6). На диаграмме возможно отображение физических процессов: изобарного, изохорного, изотермического, адиабатного и политропных процессов. Студент будет видеть полную картину процесса, а не проекции на определенные плоскости, интерактивно менять точки начала и окончания процесса, видеть дополнительную информацию о процессе (выделяемая/поглощаемая энергия, параметры в начале и конце).

Рис. 6. Фазовая диаграмма воды

В химии отображение атомных орбиталей (рис. 7) поможет лучше понять и запомнить их строение. Визуализация строения молекул (рис. 8), позволяет увидеть различные химические связи в пространстве.

Рис. 7. Фазовая диаграмма воды

Рис. 8. Молекула кофеина

В машиностроении визуализация моделей оборудования с возможностью воспроизведения анимации, показывающей принцип их работы. Для насосов и турбин можно размещать рядом фазовую диаграмму среды с нанесенным на ней физическим процессом. На рис. 9 показан снимок из AR приложения, где показана АЭС с реактором ВВЭР мощностью 1200 МВт. В приложении отображаются основные конструкции, оборудование и анимируется движение среды.

Рис. 9. AR приложение с АЭС ВВЭР 1200

Выводы

Сегодня в реальности массового общего образования представить себе использование технологий дополненной и виртуальной реальности достаточно тяжело. И дело не в финансовой составляющей – мы знаем успешный пример амбициозного проекта «Московская электронная школа», в рамках которого подобные технологии используются в некотором объеме. По нашему мнению, основные трудности связана с:

• Жесткостью программы, которую необходимо успешно усвоить ученикам в рамках общего образования. Несмотря на то, что технологии виртуальной и дополненной реальности имеют большой потенциал для повышения успеваемости обучаемых, они же могут существенно отвлекать. Примеры использования технологии говорят об увеличении вовлеченности и повышении интереса к процессу обучения. Некоторые исследователи делают вывод, что эти факторы ведут к повышению успеваемости обучаемых. Однако, в случае излишнего увлечения формой в ущерб содержанию эффект может быть обратным.
• Использование подобных технологий, вероятно, может давать большой эффект, но использование в рамках стандартного школьного урока в 45 минут будет приводить к существенному нарушению программы, так как временные затраты на работу с материалом с использованием данных технологий так или иначе будут изменять план учебных занятий.
• Внедрение подобных технологий связано с несколькими трудностями, которые носят финансовый характер: дороговизна оборудования, отсутствие большого числа качественных приложений и, соответственно, необходимость их разработки, небольшой опыт пользования данной технологией у преподавателей, которых необходимо дополнительно обучить.
• Скромное количество и разнообразие существующих приложений с использованием технологий AR и VR, особенно специально созданных для образования, является еще одним «тормозом». Для того, чтобы изменить ситуацию, безусловно, необходима государственная поддержка таких проектов, государственный заказ. Создание даже небольшого приложения виртуальной реальности, к примеру, в области истории, требует работы множества специалистов: историков, художников, программистов, культурологов и др. Подобные ресурсы возможно найти или при наличие серьезных ресурсов и запроса со стороны государства или крупного бизнеса, либо в случае, когда интересы различных сторон пересекаются.

Какие есть способы преодолеть эти трудности? Основной наш тезис заключается в том, что в настоящий момент использование технологий дополненной и виртуальной реальности наиболее адекватно в области дополнительного образования, которое может служить проводником новых идей, не столь жестко структурировано, как общее образование.

Проиллюстрируем как дополнительное образование может преодолевать трудности, пройдясь по указанным выше пунктам потенциальных проблем внедрения технологий.

Дополнительное образование имеет гораздо гибкую по сравнению с общим образованием систему устройства. Программы различных уровней, различная продолжительность занятий, привлечение педагогов из профильных организаций на частичную занятость. Возможности сотрудничества с профильными промышленными предприятиями, вузами позволяет привлечь компетентных специалистов, а также потенциально дает возможность найти способы решения вопросов по необходимому оборудованию. Особенно интересен вариант сотрудничества с другими организациями, например, музеями, которые могут быть заинтересованы в подобных технологиях. Уже сейчас существуют экскурсии и специально созданные экспозиции, где активно используются возможности AR и VR. Так почему не создавать и использовать высокотехнологичный продукт для совместного использования? Ведь они могут быть включены как элементы программ по многим направлениям дополнительного образования.

Дополненная реальность, которая также известна как «Augmented Reality» (AR), представляет из себя наложение виртуальных объектов поверх реальных. Такая технология находит свое место в целом перечне различных сфер: от развлекательной и образовательной индустрий до творческих профессий, вроде дизайна, архитектуры и моды.

Технология дополненной реальности лишь начинает входить в наш обиход, однако сама идея появилась еще в 1961, когда кинооператор Мортон Хайлиг представил миру огромное устройство. Оно было похоже на аркадную игру, которое вибрировало и воспроизводило стереозвук. Годом позже Мортон получит патент на изобретение, но его выход на рынок так и не увенчался успехом. Симуляция реальности возникала в истории неоднократно, но сама идея опережала ход истории и развитие технологий.

Первый, казалось бы, серьезный всплеск пришелся на 2012 год вместе с выходом Kinect — дополнительного девайс-контроллера для приставки Xbox 360. По сути, это была камера, которая с помощью инфракрасного проектора сканировала комнату и реагировала на ваши движения и голосовые команды. Сам же игрок становился героем. Позже подобная камера внедрится в iPhone X. Ее задача известна всем — узнавать в лицо своего хозяина.

Сам Kinect штука веселая и очень активная. Даже каждые полчаса предлагала посидеть и выпить воды. И пусть ее использование игрокам быстро наскучило, зато сама технология быстро нашла отклик в науке. Молодые энтузиасты использовали приставку в своих проектах и робототехнике.

В 2012 году ту же участь переживет перспективный, как казалось, Google Glass.

Так почему, если AR столь перспективна, мы добрались до нее только сейчас? Ответ прост: технологии наконец доросли. По сути, развитие дополненной реальности только начинается. Да, приложения в AR пока выглядят немного топорно, очки — нелепо, а смартфоны начинают напрягаться так, что легко заменят зимой обогреватель, но именно мобильные приложения сделают эту технологию в будущем очень популярной. Чего стоит один Snapchat.

Приложения дополненной реальности

The Machines

The Machines — это самое красивое и интересное AR-приложение. Недаром компания Apple на презентации iPhone 8 и iPhone X хвасталась AR-возможностями именно этой игры. Более того, The Machines — игра в жанре реальной стратегии, в которой игрок перемещается между участками карты самостоятельно. Хотите видеть игру ближе — наклонитесь. С другого ракурса — обойдите. Игра позволяет заглянуть в каждый уголок карты, а сами боевые машины детализированные и впечатляющие.

AR Sports Basketball

Если на полу или рабочем столе можно развернуть полномасштабные боевые действия, то почему бы там же не найти места ради простых развлечений? AR Sports Basketball — это игра, которая украдет у вас уйму времени. Тем более она кидает новый вызов после каждого успешного броска, меняя высоту и место корзины.

Stack AR

Теперь благодаря дополненной реальности многие аркадные игры приобрели новый вид. В Stack игроку нужно вовремя касаться экрана, чтобы ровно уложить высотную башню. Цель игры: построить как можно больше этажей. Однако если вы выкладываете этаж неровно, то края обрезаются, и следующий этаж будет уже. Так продолжается до тех пор, пока игрок не промахнется.

Сама игра достаточно примитивная, но, видимо, затрагивая рефлексы, увлекает с первого же клика. А если начинаешь строить башню посреди комнаты, то процесс становится еще интереснее.

AR Dragon

Развлекательное приложение, которое придется по душе детям — AR Dragon. Трехмерный дракон вместо тамагочи или кота Тома бегает себе посреди уличного двора или детской.

Естественно, как любого домашнего питомца, его нужно кормить, поить и укладывать спать,— в общем, проявлять всю заботу. Сам же дракон оч симпатичный.

От индустрии развлечений переходим к практичным приложениям. Первая у нас на повестке Ink Hunter — приложение, которое накладывает на место нарисованного смайлика татуировку. Наводим камеру на рисунок, и через секунду на экране поверх смайлика появляется эскиз. Причем наносить эскиз можно как из базы данных, так и собственный из галереи смартфона.

Продолжая тему творчества, Sketch AR подтолкнет начинающих художников к развитию собственного потенциала. Сфотографируйте рисунок, который запал вам в душу, а затем наведите смартфон на белый лист. Приложение нанесет на него рисунок.

Ориентируясь по камере, обведите желаемые участки и дополните наработку собственными идеями.

Magicplan

Планируется ремонт? Отлично! Приложение Magicplan позволит сэкономить на замерщике и чертежах. В процессе использования приложения, обойдите квартиру и расставьте точки начала и окончания выступов, и тогда весь чертеж приложение накидает самостоятельно.

IKEA Place

Ремонт — лучший повод обставить дом новой мебелью. Чтобы не заниматься бездумной перевозкой шкафа, предварительно примерьте его, как он будет смотреться в общем стиле комнаты.

IKEA Place сначала определяет размеры помещения, после чего встраивает виртуальную мебель в ее реальное пространство.

— технологии, погружающей пользователя в совершенно новый, сгенерированный компьютером мир. Но что, если виртуальное пространство будет не замещать собой реальный мир, а органично с ним сочетаться? В этом случае мы получим дополненную реальность .

Таким образом, дополненная реальность (augmented reality, AR) — это система, совмещающая в себе реальные и виртуальные объекты. Как и в случае с виртуальной, для дополненной реальности необходимы специальные устройства, выступающие в роли проводников в мир AR.

Существует множество классификаций приложений AR, в том числе по типу входных (движения, геолокация, голос) и выходных (изображение, звук) данных, взаимодействия с информацией (генерация или изменение) и сфере применения (коммерция, образование, здравоохранение и др.) В этой записке мы рассмотрим дополненную реальность с точки зрения пользовательского опыта. Для этого мы разобьем весь спектр AR-приложений на два типа:

• приложения, для которых достаточно иметь смартфон или планшет
• приложения, для работы с которыми необходимо приобрести отдельное устройство (в большинстве случаев специальный шлем).

Это позволит нам разграничить целевую аудиторию и сферу применения различных AR-устройств и упростить понимание этого комплексного рынка.

Итак, приступим.

AR на базе смартфонов

Как уже говорилось, для дополненной реальности этого типа не нужно ничего, кроме смартфона. Таким образом, приложения дополненной реальности доступны большинству людей.

На этом рынке присутствуют два игрока-гиганта: Apple и Google. Их продукт — платформы для разработчиков AR-приложений. Наличие готового инструментария устраняет барьеры для входа на рынок, поэтому на данный момент приложений дополненной реальности для смартфонов очень много.

У такой ситуации есть и обратная сторона — дополненная реальность ограничена технологическими возможностями смартфонов, а значительная часть существующих приложений однообразна.

Ниже расскажем о становлении этой технологии и о том, как ее применяют в бизнесе.

Краткий экскурс в историю

Первым AR-приложением, ставшим массовым, принято считать игру Mozzies, вышедшую в 2003 году на телефоне Siemens SX1. В ней поверх изображения с камеры рисовались комары и прицел для охоты на них. Отслеживая перемещение камеры по двум осям, программа передвигала насекомых таким образом, что они казались неподвижными относительно определенной точки в пространстве.

Скриншот из игры Mozzies

За счет своей новизны игра обрела успех, однако в течение следующих 13 лет заметного развития AR-игр, если не считать клонов Mozzies для новых поколений смартфонов, не наблюдалось.

В июле 2016 года состоялся релиз Pokemon Go — игры, основанной на интеграции навигационных технологий с дополненной реальностью. Суть Pokemon Go проста: для выполнения различных заданий игрок должен перемещаться по реальным улицам и «ловить» виртуальных покемонов, проецируемых на повседневные пейзажи, с помощью объектива камеры.

Несмотря на примитивную механику и изобилие технических ошибок, спустя три месяца с момента выхода приложение, которые загрузили более 100 млн человек, принесло его создателям более $400 млн.

Любопытно, что со времен игры Mozzies технологии не совершили значительного скачка вперед с точки зрения дополненной реальности: модели покемонов были помещены в реальный мир, однако никак не могли с ним взаимодействовать.

Денис Поздняков, главный гейм-дизайнер Luden.io:

«Технически Pokemon Go не видела, где пол. Игра просто размещала где-то картинку покемона. Она не могла никак связать его с окружающей действительностью, не могла наложить красивую тень на пространство и не могла увидеть, где находится сам игрок.»

Тем не менее Pokemon Go удалось главное — привлечь к технологии внимание пользователей и разработчиков. Но для дальнейшего развития технологии также был необходим универсальный инструментарий для создания приложений дополненной реальности.

Роль Apple и Google в развитии технологии

Созданием универсального инструментария для приложений дополненной реальностью занялись два технологических гиганта. Так, Apple в июне 2017 года представи ARKit — инструмент для разработчиков, заточенный на создание AR-приложений. Одной из главных технических достижений ARKit является способность определять горизонтальные плоскости в кадре, что избавит виртуальные предметы от необходимости висеть в воздухе и сделает их более реалистичными. Помимо этого, движения пользователя измеряются в шести степенях свободы: вперед-назад, вверх-вниз, влево-вправо и повороты вокруг каждой из трех осей.

Google в этом направлении носят более узкую направленность и в основном связаны с навигацией в пространстве. В 2014 году компания представила Tango — смартфон, оборудованный инфракрасным дальномером, фишай-камерой и другими сенсорами. Tango заточен под построение 3D-карт помещений.

Проекты на основе Google Tango могут быть использованы для упрощения клиентской навигации как в супермаркете...

Дополненная реальность в супермаркете

Так и в музее:

Дополненная реальность в музее

Широкому распространению Tango на данный момент мешает то, что эту технологию поддерживает лишь несколько моделей смартфонов сторонних производителей.

Практическое применение

Помимо уже упомянутой навигации, основное применение дополненной реальности на носимых устройствах в бизнесе сводится к визуализации товаров. Дальше всех в этом направлении ушли виртуальные каталоги — например, приложение IKEA позволяет перед покупкой товара посмотреть, как он будет смотреться в интерьере вашей квартиры.

Каталог IKEA с дополненной реальностью

Собственные виртуальные каталоги также есть у Cimagie, Blippar, Hyundai и Lego.

Аналогичным образом стартап приложение Kabaq пытается решить вечную проблему ресторанной индустрии — неопределенность по поводу размера порции:

Меню с дополненной реальностью

Стартап FXMirror разработал умное зеркало, которое виртуально примеряет понравившуюся одежду и тем самым экономит клиентам время:

Умное зеркало

Наконец, всем известные маски из Snapchat или Instagram также представляют собой технологию дополненной реальности. Логичным развитием этого направления стало приложение Makeup Genius от L’Oreal, позволяющее бесплатно опробовать на себе различные косметические продукты компании.

AR на базе отдельных устройств

Другой класс AR — специализированные очки, зачастую заточенные под конкретные задачи. Цена данных устройств может доходить до нескольких тысяч долларов за штуку, поэтому они применяются, в основном, в бизнесе.

За долю рынка в этой нише конкурирует ряд производителей со схожими устройствами, из которых выделяется Microsoft. В то время как Apple и Google пытаются сделать AR доступным как можно большему числу людей, Microsoft фокусируется преимущественно на нуждах бизнеса.

В этом разделе мы подробно рассмотрим продукт Microsoft, а также сделаем обзор ближайших конкурентов этой компании.

Microsoft Hololens

В 2016 году компания выпустила Hololens — оснащенные множеством сенсоров очки, способные рисовать виртуальные объекты на полупрозрачном экране. С помощью Hololens можно, например, создавать прототипы грузовиков — в этом случае цикл моделирования сократится с 6 месяцев до 3 дней.

Учитывая, что такой подход не требует постоянно держать перед собой отдельное устройство, Microsoft, вероятно, ближе всех подошли к разработке голограммы в том смысле, в каком ее принято изображать в кинематографе.

Hololens обладает рядом недостатков. Цена устройства, в зависимости от конфигурации, составляет от 3 до 5 тысяч долларов, что делает его недоступным для массового пользователя. К тому же угол обзора составляет всего около 30 градусов (для сравнения, в родственной технологии виртуальной реальности компания Oculus Rift добилась угла обзора в 110 градусов).

Однако это не означает провал Hololens. Продукты Microsoft чрезвычайно популярны в бизнесе по всему миру, и их интеграция с Hololens может помочь компании продавать это дорогостоящее устройство. К примеру, Hololens уже поддерживает взаимодействие со Skype — окно видеочата можно закрепить в удобном месте в комнате, после чего передвижения пользователя не будут влиять на положение этого окна.

Кроме того, устройство Microsoft может оказаться чрезвычайно полезным в корпоративном обучении. Уже сейчас решения с использованием Hololens имеют такие организации, как Japan Airlines, NASA, Volvo, Autodesk, Trimble и другие.

Компания thyssenkrupp использует Hololens для обслуживания лифтов:

Ремонт лифтов с Hololens

Также Hololens применяется для наглядного обучения медицинских студентов:

Обучение с Hololens

Приложение Teonim предлагает обучиться игре на фортепиано, наблюдая за движениями виртуального пианиста-профессионала:

Игра на пианино с Hololens

Другие устройства

Очки Meta 2 производства компании Meta во многом схожи с Hololens, но имеют ряд существенных отличий. Основное заключается в том, что Meta 2 — это устройство ввода и вывода изображения, обрабатываемого на отдельном компьютере, в то время как Hololens содержит встроенный компьютер.

Это означает, что Meta 2 может обрабатывать более детализированную графику, но ограничивает пользователя проводом. С другой стороны, в пользу Meta 2 говорит более доступная цена ($950) и угол обзора в 90 градусов.

Возможности Meta 2

Другие устройства — в основном аналоги очков Google Glass, провалившихся в продаже. Список этих устройств включает, но не ограничивается, следующими моделями: CastAr, Vuzix, Epson Moverio, Atheer, Laforge, ODG, Daqri, Laster и Cyclists. Эти AR-решения имеют сравнительно узкую специализацию, подстроенную под нужды конкретных индустрий. Например, очки Daqri заточены под инструктаж технических специалистов:

Очки Daqri

Дальнейшее развитие технологии AR

Учитывая доступность многих AR-приложений на смартфонах, с данной технологией стоит ознакомиться не только любителям научной фантастики, но и вообще всем людям, заинтересованным в развитии своего бизнеса.

Например, большой потенциал для дополненной реальности видится в сфере продаж. Согласно недавнему исследованию Sales Management Association, 40% людей из сферы продаж используют планшеты в своей работе, а 90% организаций планируют инвестировать в них. Это открывает возможности для дальнейшей модернизации каналов продаж с помощью технологий дополненной реальности. Пионерами в этой области являются компании Augment и VividWorks.

Потенциал AR частично уже раскрыт в коммерции и производстве, а также в обучении и играх . Другие сферы, где может быть применена дополненная реальность, включают в себя логистику, медицину, строительство, рекламу, искусство, спорт и многое другое. При этом очень важно правильно выбрать направление AR, которое лучше всего подходит для вашего бизнеса.

Ветвь AR, основанная на использовании смартфонов, в некотором смысле является тупиковой, поскольку необходимость постоянно наводить камеру для взаимодействия с виртуальными объектами идет вразрез с идеей повседневного использования этой технологии. Тем не менее, способы визуализации товаров с помощью дополненной реальности до сих пор являются привлекательным маркетинговым ходом и могут быть использованы для повышения конверсии.

С другой стороны, очки AR также имеют ряд серьезных ограничений, в том числе высокую цену и небольшой угол обзора. Но эти технологии уже сейчас активно применяются бизнесом. К тому же Microsoft активно продвигает свою разработку Hololens.