Текст книги "Дополненная реальность. Все, что вы хотели узнать о технологии будущего"

Хелен Папагианнис
Дополненная реальность. Все, что вы хотели узнать о технологии будущего

Helen Papagiannis

AUGMENTED HUMAN

© 2018 Eksmo Publishing Company

Authorized Russian translation of the English edition of Augmented Human ISBN 9781491928325 © 2017 Helen Papagiannis

This translation is published and sold by permission of O’Reilly Media, Inc., which owns or controls all rights to publish and sell the same.

© Михайлов В.Г., перевод на русский язык, 2017

© Оформление. ООО «Издательство «Эксмо», 2019

Об авторе

Хелен Папагианнис – признанный во всем мире эксперт в области дополненной реальности, уже более десяти лет работающая в этом направлении как исследователь, разработчик и технологический евангелист. Была руководителем по инновациям в Infinity Augmented Reality Inc. и старшим научным сотрудником в лаборатории дополненной реальности Йоркского университета в Торонто. Хелен Папагианнис – спикер TEDx, ISMAR и ISEA. Ее лекция на TEDx в 2011 г. попала в десятку самых рейтинговых видеороликов о дополненной реальности, а в 2016 году она вышла в финал престижной «Всемирной технологической премии». До того, как она начала заниматься исследованиями в области дополненной реальности, Хелен сотрудничала с дизайн-бюро Bruce Mau Design, где возглавляла проект «Значительные изменения: будущее глобального дизайна», организовала новаторскую выставку и участвовала в написании бестселлера, посвященного новейшим изобретениям и технологиям, изменяющим мир.

Вводное слово

Подлинность новых купюр в 200 и 2000 рублей можно проверить с помощью мобильного приложения дополненной реальности. Наводите камеру телефона – и готово. Этой новости уже несколько месяцев, так почему же я решила начать с нее? Само по себе приложение – скорее забава, чем серьезная разработка, но мне кажется, это отличная иллюстрация того, что дополненная реальность уже стала частью нашей жизни, если такие структуры, как Гознак РФ, используют ее и если это касается такой консервативной сущности, как деньги. Или еще один пример: мой 12-летний сын ходит в кружок по программированию на Unity (это самый популярный движок, в котором работают разработчики дополненной реальности). И это в общем-то рядовой факт для московского школьника в наши дни: кто-то ходит на баскетбол, а кто-то – «на Unity».

Одно из ключевых свойств технологии – улучшать жизнь, незаметно, органично и естественно для человека. Вы думаете, что это все еще фантазия про будущее, а она уже в вашем кармане, доступна на самых ходовых версиях Android и iPhone.

В России работает порядка 20 компаний, которые занимаются дополненной реальностью (Augmented Reality, AR), в том числе и компания Formika Lab. Одни создают hardware – «железо», – и будет здорово, если их идеи по созданию AR-устройств (очков дополненной реальности) или платформ смогут конкурировать с идеями Microsoft, Apple или Google. Победить такие корпорации почти невозможно, но вполне реально придумать «фичу», которую те купят.

Большая же часть AR-компаний (и мы в том числе) думает не столько о создании технологии (она уже есть и будет стремительно развиваться), сколько о ее грамотном использовании. Она должна быть полезной для людей и экономически целесообразной для компаний. И вот здесь есть где развернуться.

Автор книги, которую вы держите в руках, Хелен Папагианнис пишет про AR: «Не слишком часто рождается совершенно новая среда», – и, ссылаясь на главу Apple Тима Кука, добавляет: «AR – такая же значительная идея, как смартфон». Мне, как разработчику дополненной реальности, этот тезис, конечно, нравится. И я верю в колоссальный потенциал разработки, которая, к слову, и существование самого смартфона может сделать ненужным. AR сейчас требует использования устройств (очков или телефона), но в будущем достаточно будет голоса или даже сигнала вашего мозга.

Чем хороша книга «Дополненная реальность»? Тем, что она не столько о технологии, сколько о человеке. Она подходит для широкого круга читателей. Но, думаю, ее любопытно будет прочитать и разработчикам. AR принято считать визуальным инструментом: дополненная реальность дает нам «новые глаза». Но также – и на это обращает внимание Хелен – она дает нам новые уши, нос, цифровую тактильность.

Любопытно, что одной из первых сфер, где стали активно использовать виртуальную и дополненную реальность, стала медицина. Еще в 1996 году было создано приложение виртуальной реальности (Virtual Reality, VR) для снятия боли у пациентов. Отсутствие зрения, слуха, возможности говорить и передвигаться привели к большому количеству изобретений в области AR и VR. Автоматически раздвигающиеся двери не выглядят так, будто их создали для людей с ограниченными возможностями. Но это именно так. Продолжая аналогию: и другие технологические идеи, созданные для преодоления физических ограничений, способны существенно расширить способности здоровых людей. Тело – это, пожалуй, самый «естественный» интерфейс, который у нас есть.

В книге собраны десятки примеров приложений, способных передавать звуки, запахи, вибрации. Лаборатории по всему миру работают надо созданием продуктов, способных напрямую обращаться к отдельным участкам мозга. Главная рекомендация, которую могу дать: при прочтении вооружитесь ноутбуком и телефоном, не поленитесь посмотреть видео экспериментов и попробуйте установить описанные здесь приложения. Так ваше погружение в тему будет более увлекательным.

И позволю себе еще один совет: читайте о технологиях, интересуйтесь новыми разработками и идеями. Это новая грамотность. Нам повезло жить в мире, который стремительно меняется за счет повсеместного распространения различных технологий. Все-таки лучше понимать, как они работают.

Екатерина Дегай, директор Formika LAB, российской компании, специализирующейся на дополненной и виртуальной реальностях, апрель, 2018 г.

Предисловие

Когда Хелен сказала мне, что собирается издать эту книгу, я вызвался (а если точнее, попросил ее) написать это предисловие. На тот момент я еще не успел прочитать ее рукопись и понимал только основной замысел того, что она намеревалась рассказать, но, зная ее репутацию в ученых кругах, я понимал, что эта работа будет очень точной и содержательной.

Многие люди трудились совместно для того, чтобы создать эту новую технологию. Долгие годы ее рассматривали как нечто новое, как технологию, применение которой еще не найдено. Недостаточная известность ограничивала возможности по ее распространению, без чего нельзя было привлечь необходимые инвестиции и, в конечном счете, сделать дополненную реальность экономически жизнеспособной и широко распространенной. Поводом для написания мною настоящего предисловия является то, что я был одним из так называемых пионеров, которые находились у истоков разработки AR.

Для меня это путешествие началось 52 года назад, когда я служил офицером ВВС США на авиабазе Райт-Паттерсон, где работал над созданием кокпитов для истребителей и других военных машин. Моя задача состояла в том, чтобы решить проблему получения и передачи пилотом диапазона частот, обрабатываемых или пропускаемых авионикой, с учетом сложности систем, c которыми они работают в напряженной и опасной обстановке. Эта проблема побудила меня начать поиск возможностей дополненной реальности, помогающих пилотам управлять самолетами на более высоком уровне восприятия. Идея состояла в том, чтобы собрать и отобразить информацию в виде виртуальных изображений, спроецированных и наложенных на находящуюся в поле зрения пилота картинку, используя специальные устройства, расположенные в шлеме. Позже в рамках этих исследований я также занимался проблемами виртуальной реальности (сокр. VR от англ. «virtual reality»).

Теперь, когда технологии AR и VR практически сформировались (это заняло больше времени, чем я ожидал), моя миссия как создателя соответствующего инструмента подходит к концу. Пришло время передать переходящее знамя Хелен и ее команде. Одно дело – создать новый инструмент, но еще важнее – суметь его использовать. В конце концов, результат – это самое главное.

Как я уже отметил, Хелен Папагианнис проделала значительную работу в ходе написания этой заслуживающей внимания книги. В ней закладывается основа для понимания термина «дополненная реальность» с ее различными формами; здесь вы найдете систематический подход и классификацию приложений, а также описание самого предмета исследования и используемых на его базе приложений (и их создателей). Но автор не останавливается на этом. Складывая мозаику из своих рассуждений, Хелен подводит нас к пониманию того, что AR – это необычная технология. Это не просто новый инструмент – это способ дополнить человека. Применение этой технологии не предполагает изоляцию от реального мира, как, например, телевидение, фильмы или виртуальная реальность, а, наоборот, позволяет дополнить реальный мир, усиливая тем самым эффект восприятия. С этого ракурса она показывает нам, что AR несет в себе потенциал для развития и что наше представление о перспективах этой технологии пора расширять.

Если говорить о потенциале технологии AR, необходимо отметить, что она может повысить уровень нашей свободы при помощи, например, нелинейного повествования и альтернативных реальностей, изменяющих само физическое восприятие. Как пишет Хелен, нам нужно отбросить старое мировосприятие.

Автор книги предвидит в ближайшем будущем целый поток открытий в области того, что она называет «человек дополненный». Несомненно, ее слово не последнее в этом вопросе, и это важная и необходимая веха в одиссее по дополнению человека.

Я особенно ценю понимание и чуткость Хелен по отношению к роли создателей (или «операторов чудес», как она их называет) как стимула в развитии технологии. Исходя из моих собственных наблюдений, нет какого-то одного сообщества, которому принадлежит это пространство. Это место как для рассказчиков и художников, так и для инженеров и ученых, работающих в области компьютерных наук. Надеюсь, что эта технология станет «невидимой», так что применять ее в будущем станет еще легче.

Я присоединяюсь к выводу, который делает Хелен в конце этой книги, что нам нужно работать вместе, как единая цивилизация, для того чтобы максимально эффективно использовать инструменты нашего времени, возвысить человечество и вдохновить всех на позитивные изменения в мире. Поскольку в конечном итоге мы должны ответить на единственный вопрос: станет ли дополненная жизнь лучше обычной?

Том Фернесс, основоположник технологий AR/VR и основатель Virtual World Society, июль 2017 г.

Введение

Почему я написала эту книгу

Двенадцать лет назад я впервые осознала возможности дополненной реальности как нового инструмента коммуникации. Это была чистая магия: виртуальный трехмерный куб возник вокруг меня, что меня абсолютно поразило. Дополненное изображение куба не было интерактивным в то время (оно не делало ничего, кроме как появлялось), однако это заставило меня задуматься о том, как AR может расти и развиваться. Начиная с этого момента я посвятила свои исследования и публичные выступления новым возможностям, которые открываются благодаря технологии AR.

Я написала эту книгу, потому что стала свидетелем того, как фокус в работе с этой технологией наконец смещается с нее самой к разработке классного контента и поиску новых возможностей применения AR. Эта книга посвящена как раз таким «большим идеям» и новым необычным проектам на основе дополненной реальности. Пришло время представить, смоделировать и начать воплощать в жизнь наше чудесное будущее.

По мере того, как AR развивается, мы должны задаться вопросом: как дополненная реальность может усовершенствовать жизнь пользователей, сделать ее проще и лучше? Основатель Медиалаборатории Массачусетского технологического института (МТИ) Николас Негропонте однажды сказал: «Компьютеризация – это уже не о компьютерах. Это о жизни». Аналогично и AR – это понятие, подразумевающее теперь не только технологию, но и реальную жизнь и ее наполнение новым волшебным и необычным опытом. В этой книге рассказывается о том, как AR обогатит нашу повседневную жизнь и беспрецедентным образом расширит человеческие возможности.

Кто должен прочитать эту книгу

Совершенно новая среда появляется редко. Вы должны прочитать эту книгу, если вы создатель, исполнитель или исследователь, прокладывающий путь там, где пока нет рельсов, и хотите внести свой вклад в эту стремительно развивающуюся отрасль. Вас также должна заинтересовать эта книга, если вы относите себя к продвинутым пользователям, открытым для всего нового.

Для того чтобы понять содержание этой книги, не требуется обладать какими-то специфическими знаниями об AR. Для достижения наилучшего эффекта я рекомендую познакомиться с технологией AR самостоятельно на конкретном примере (в идеале на нескольких примерах), включая любые приложения, упомянутые на страницах этой книги.

Структура книги

В главе 1 дается классическое определение AR образца 1997 года, а также ее эволюция вплоть до сегодняшнего дня и тенденции развития. В этой главе представлены новые горизонты AR, которые делают возможными новое пространственное восприятие и новые ощущения. Благодаря этому опыт использования дополненной реальности становится более захватывающим, интегрированным и интерактивным.

В главе 2 рассказывается о том, как компьютерное зрение дает нам «новые глаза» и перспективы для взаимодействия с миром, начиная с художественных инсталляций и заканчивая роботами и беспилотными автомобилями, помогающими людям с ослабленным зрением.

Глава 3 посвящена исследованиям инноваций в области тактильных технологий (тактильная обратная связь) для синхронизации того, что мы видим, с тем, что мы чувствуем, и для создания новых путей взаимодействия с использованием сенсоров.

Помимо использования звука для навигации и повествования, в главе 4 рассматриваются подходы к расширенному звуку и описываются «беспроводные наушники-вкладыши» (аудиогарнитура, помещаемая в ухо), которые меняют способ восприятия вами окружающей среды и позволяют окружающей среде «слышать» вас.

Из главы 5 вы узнаете о такой растущей области научных исследований, как цифровые запах и вкус – о новейших прототипах и разработке продуктов, дополняющих возможности обмена информацией с миром, усиливающих ощущения от развлекательных приложений, углубляющих наши знания об окружающей среде и влияющих на качество жизни в целом.

В главе 6 мы узнаем о том, как технология AR открывает впечатляющие перспективы для повествования и информирования людей, познакомимся с уже существующими разработками в этой области и узнаем, куда нас приведут грядущие изобретения.

В главе 7 рассматривается, как аватары, интеллектуальные агенты, новые объекты и материалы в реальном времени видоизменяют контекст таких привычных процессов, как обучение, развитие, прогнозирование.

В главе 8 рассказывается о том, как человеческий организм можно дополнить различными технологиями, от электронных тканей до встроенных в организм интерфейсов, контролируемых мозгом.

В главе 9 приводится десять категорий современных экспериментальных AR технологий, которые, возможно, изменят ближайшее будущее и даже смогут привести все человечество к невиданному прогрессу.

Глава 1. Новая волна реальности

Очень скоро вы войдете в новую реальность. Здесь мир дополняет вас, подстраиваясь под ваше окружение, предпочтения и потребности. Реальность становится гибкой, изменчивой и высоко персонализированной; все это настраивается и управляется вами. Весь мир в одно мгновение становится изменяемым, нарушая коммуникационные барьеры и создавая новое сенсорное сознание, которое коренным образом меняет зрение, слух, осязание и обоняние. Правила старого мира больше не применимы. Портативные компьютеры, датчики и интеллектуальные системы расширяют человеческие способности и наделяют нас сверхспособностями.

Это новая Дополненная Реальность. Вы готовы?

В этой книге я расскажу вам о дополненной реальности, о возможностях и перспективах развития этой технологии. Я продемонстрирую вам возможности нового цифрового измерения и покажу, как функционирует эта среда. При этом вам не придется оставлять свою физическую реальность. Цифровые изменения уже вошли в ваш мир.

Позвольте мне объяснить. Эта книга не о виртуальной реальности (VR), но научиться различать AR и VR все же необходимо. Для использования технологии VR нужно надеть специальную гарнитуру, которая полностью блокирует физическое восприятие, заменяя реальный мир измененной компьютерной средой.

Приложение SnowWorld, разработанное в лаборатории Технологии человеческих интерфейсов (сокр. HIT, от англ. Human Interface Technology) Университета Вашингтона в 1996 году Хантером Хоффманом и Дэвидом Паттерсоном, было первой программой, погружающей в мир VR, призванной снизить болевые ощущения у взрослых и детей. SnowWorld был разработан специально для того, чтобы помочь в лечении пациентов с ожогами и уходе за ними. Хоффман объясняет[1]1
  Hunter Hoffman, «Virtual Reality Pain Reduction» (http://www.hitl.washington.edu/projects/vrpain). – Прим. авт.


[Закрыть], как технология VR помогает облегчить боль, отвлекая пациентов от реального мира:

Боль требует сосредоточения внимания. Суть VR заключается в том, что при ее использовании пользователь переносится в компьютерную среду. Погружение в другой мир задействует много когнитивных ресурсов, отвлекая мозг от обработки сигналов о боли.

Технология VR основана на иллюзии погружения в иное пространство и время, которые, как правило, сильно отличаются от реальности. В технологии AR вы не покидаете реальный мир, и виртуальная составляющая вливается в ваше окружение посредством прозрачных цифровых очков, смартфона, планшета или портативного компьютера. Вы по-прежнему будете видеть и ощущать реальный мир вокруг себя всеми органами чувств, но теперь он расширен при помощи цифровых технологий и изменяем.

Одним из первых приложений с применением технологии дополненной реальности было Word Lens[2]2
  Технология Word Lens была приобретена Google в 2014 году и интегрирована в приложение Google Translate. Теперь она поддерживает 37 языков (https://youtu.be/h2OfQdYrHRs). – Прим. авт.


[Закрыть]. Представьте себе путешествие в страну, местным языком которой вы не владеете. Заказать блюдо из меню или понять информацию на дорожных знаках без чьей-то помощи может оказаться трудной задачей. С помощью Word Lens вы можете навести ваш смартфон на напечатанный текст на иностранном языке и тут же перевести его на выбранный вами язык. И, таким образом, благодаря технологии AR вы глубже погружаетесь в новую среду.

На технологию VR есть свой специфический спрос, но AR позволяет нам глубже погружаться в реальный мир и быть с ним теснее связанными – мир, в котором мы проводим большую часть нашего времени. Как и в случае с VR, мы должны осознавать, что расходуем наши «ресурсы внимания» для восприятия информации из дополненной реальности, но вместе с тем мы не отстраняемся от окружающего мира или друг от друга. Нужно отдавать себе отчет в том, что в центре этой новой среды находится сам человек. Главная цель всего этого – не потеряться во всевозможных устройствах, но дополнить нашу действительность технологическим фоном, продолжая при этом жить реальной жизнью.

Что такое дополненная реальность?

Наиболее распространенное определение AR звучит так: цифровое наложение на реальный мир, выраженное в компьютерной графике, тексте, видео или аудио, которое является интерактивным в реальном времени. Технической оболочкой для дополненной реальности является смартфон, планшет, компьютер или AR-очки, оснащенные специальным программным обеспечением и камерой. Вы можете использовать AR, чтобы найти и идентифицировать звезды и планеты[3]3
  https://youtu.be/p6znyx0gjb4 – Прим. авт.


[Закрыть] в ночном небе или узнать больше про музейные экспонаты с помощью интерактивного AR-гида[4]4
  https://vimeo.com/70035191 – Прим. авт.


[Закрыть]. AR предоставляет возможность лучше понять наш мир и почувствовать его совершенно по-иному.

Краткое определение AR, используемое по настоящее время, было дано в 1997 году пионером этого направления Рональдом Азума, и звучит оно следующим образом: «AR позволяет пользователю видеть реальный мир с виртуальными объектами, наложенными полностью или частично на объекты реального мира. Поэтому AR дополняет реальность, а не полностью заменяет ее»[5]5
  Ronald T. Azuma, «A Survey of Augmented Reality» (http://www.cs.unc. edu/~azuma/ARpresence.pdf). – Прим. авт.


[Закрыть].

Технология AR заключается в накладывании виртуальных образов на сфокусированный реальный предмет с помощью камеры и программного обеспечения на включенном устройстве, таком как смартфон. В качестве предметов из реальной жизни могут быть выбраны знаки, изображения, объекты, звуки, местоположение или даже человек. Исходные данные обрабатываются с помощью программного обеспечения и сравниваются с базой данных потенциально соответствующей информации. Если есть совпадения, запускается технология AR, и дополненный контент накладывается поверх реальности.

Согласно определению, данному Рональдом Азума, дополненная реальность включает в себя следующие три характеристики:

• объединяет реальный и виртуальный миры;

• интерактивна в режиме реального времени;

• обеспечивает распознавание в трех измерениях (3D).

Распознавание, третья характеристика, состоит в том, чтобы эффективно вписывать трехмерные виртуальные объекты в реальный мир. Без точного распознавания иллюзия существования виртуальных объектов в реальном мире будет нарушена и эффект реалистичности не будет достигнут. Так, если виртуальная AR-лампа парит над вашим столом, а не стоит непосредственно на столе, то такой технический сбой разрушает иллюзию того, что эта лампа действительно находится в вашем пространстве (если только не допустить, что в вашем офисе завелись призраки). Зато если к какому-то виртуальному объекту добавить, например, тень, он станет для вас более правдоподобным, поскольку будет иметь характеристики окружающей физической среды.