VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Авторская программа дополненной реальности MUSEUMGO
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность исследования. Дополненная реальность может рассматриваться как связующее звено между «виртуальными» данными и реальным миром. Она должна обладать следующими тремя характеристиками:
комбинировать реальный мир и виртуальные данные в реальном времени;
быть интерактивной в реальном времени (изменение в плоскости реального времени влечет за собой корректировку виртуальных данных);
«видеть» окружающий мир в 3D (потому что мы живем в трехмерном пространстве).
Дополненная реальность – это совмещение виртуального мира с реальной действительностью. Она позволяет «привязывать» данные к определенному контексту. Хотя большинство примеров связано со зрением, дополненная реальность может «дополнять» любое из пяти чувств. Примеры этому будут приведены далее в работе.
Данные реальных сцен и объектов собираются специальной системой и обрабатываются на компьютере. Существенная часть этого процесса посвящена налаживанию связи между реальным миром и виртуальными данными. Например, чтобы на Вашем лице появились очки, нужно хорошо определить положение Ваших глаз, носа и т.д. И конечно, все это должно работать в реальном времени!
Дополненная реальность – это ответ современных технологий на проблемные вопросы, которые возникают у нас каждый день. Действительно, она более понятна большинству людей, ее проще воплотить, чем виртуальные миры. Дополненная реальность позволяет нам сделать ежедневную реальность богаче. В сочетании с неисчерпаемостью Интернет-ресурсов, ее возможности безграничны.
В настоящее время в области информационно-коммуникационных технологий основными направлениями разработки программного обеспечения являются «облачные» технологии, системы автоматизации бизнеса, технологии обработки больших массивов данных и приложения для мобильных устройств. Наряду с этим, одним из перспективных направлений развития современных IT-технологий сегодня является технология дополненной реальности (Augmented reality, AR). Тема дополненной реальности живет в умах людей с тех пор, как об этом впервые написали писатели-фантасты. Сегодня мы как никогда близки к воплощению этой мечты. Данная технология – новый способ получения доступа к данным. В отличие от несуществующего виртуального пространства, в которое погружаются любители компьютерных игр, AR-технология призвана обогащать обыденный мир дополнительной информацией. Влияние этой технологии на общество может оказаться сравнимым с эффектом от появления Интернета.
Проблема исследования состоит в недостаточной изученности специфики применения технологий виртуальной реальности в бизнес-проектах с привлечением возможностей информационно-коммуникационных технологий.
Цель исследования заключается в изучении особенностей применения технологий дополненной реальности в бизнес-проектах.
Задачи исследования:
1. Проанализировать понятие дополненной реальности.
2. Исследовать возможности современных приложений дополненной реальности.
3. Изучить возможности программной среды Unity для создания приложений виртуальной реальности.
4. Разработать авторское приложение дополненной реальности MUSEUMGO.
Структура работы включает введение, основную часть, заключение и список литературы.
1. ДОПОЛНЕННАЯ РЕАЛЬНОСТЬ В НАШИ ДНИ
Рынок технологий дополненной реальности молод и пока невелик. В настоящее время в нем доминируют стартапы с талантливыми командами разработчиков, которые продвигают инновации в данной области. Но рынок имеет высокий потенциал, и для него будет характерен рост с высокими темпами в ближайшей перспективе 5-10 лет.
Основная область применения на данный момент технологий виртуальной реальности – маркетинг и рекламная сфера. Однако позднее они станут востребованы в большинстве сфер человеческих деятельности от промышленной сферы и сферы розничной торговли до использования в работе органов управления, области образования и медицины.
Для того чтобы «дополненная реальность» правильно функционировала необходимо наличие, по меньшей мере, трех элементов:
прибора, который улавливает окружающую среду и отвечает на вопрос «Где я?». В настоящее время используется целый ряд таких датчиков. Например, GPS, камера, акселерометр, гигрометр, гидрометр и др.
приспособления для распознавания окружающей среды и правильного ее смешивания с виртуальными элементами. В качестве такого приспособления часто выступает компьютер. При этом актуален вопрос, загружены ли виртуальные данные или нет. В последнем случае необходимо какое-либо подключение к этим данным.
устройства, которое показывает пользователю результат работы прибора и приспособления.
Остановимся более подробно на описании такого устройства, которое должно иметь дружеский пользовательский интерфейс, эргономичное управление и понятный алгоритм действий. Первоначально программное обеспечение для дополненной реальности использовало камеру, компьютер и экран. Процесс можно наблюдать на примере рекламы Кока-Колы, выведенной на экран монитора компьютера (рис. 1).
Рис. 1. Реклама Кока-Колы
С распространением сети 3G и демократизацией смартфонов, телефоны стали главными устройствами визуализации дополненной реальности. Это кажется очевидным, но иметь при себе универсальный инструмент визуализации – необходимое условие для использования приложений, основанных на геолокализации.
Современные смартфоны по своей сути – настоящие компьютеры. В настоящее время их стало возможным применять для распознавания и обработки данных в контексте виртуальной реальности. Примеры многочисленны, посмотрите оригинальную идею приложения компании Häagen-Dazs (рис. 2).
Рис. 2. Приложение для смартфона компании Häagen-Dazs
В течение полутора лет смартфоны и планшеты стали перспективными устройствами для дополненной реальности. Так и очки в последнее время набирают популярность в области виртуальных технологий. Это обусловлено разработкой компанией Google эксклюзивных очков Google Glass. Кроме того, существуют и другие разработки. Например, умные часы, которые также являются информационно-коммуникационной платформой для дополненной реальности. Таким образом, в ближайшие годы применение дополненной реальности в повседневной жизни будет только расширяться.
Кратко рассмотрим, как дополненная реальность может менять пользовательский опыт.
AR-технологии влияют на пользовательский опыт. Они снижают стоимость взаимодействия, минимизируют когнитивную нагрузку пользователя и усиливают его внимание.
Популярные приложения, такие как PokemonGO и SnapChat, ввели термин «дополненная реальность» в число трендов современности. В июле 2016 года Niantic, «материнская» компания PokemonGO (и другой популярной AR-игры Ingress), сообщила о суточных доходах в $10 миллионов только от одной PokemonGO. Это убедительно доказывает, что возможности дополненной реальности достаточно востребованы.
В качестве доказательства в завершение данного параграфа приведем использование дополненной реальности крупными компаниями:
приложение Google Translate использует встроенную камеру смартфона для кадрирования с текстом в физическом мире – и перевода надписи на другой язык (рис. 3);
Рис. 3. Возможности приложения Google Translate
наушники Waverly Labs активно «слушают» иностранный язык и в реальном времени переводят речь на язык пользователя. При этом человек не должен активировать систему всякий раз, когда рядом заговорит иностранец – нет, «агент» системы постоянно интерпретирует входящие данные и начинает переводить только на основе ситуационного контекста;
SnapChat использует технологию распознавания лиц, позволяя «улучшать» фото посредством анимации и средств компьютерной графики;
Microsoft’s HoloLens позволяет отображать диаграммы и иные графические элементы на объектах окружающей среды (например, стену) – так, что это видно другим. С этим инструментом можно буквально рисовать в воздухе – выглядит, как магия (рис. 4);
Рис. 4. Возможности приложения Microsoft’s HoloLens
программа «Парковка автомобиля» накладывает символы на видео с задней камеры Toyota Prius (рис. 5).
Рис. 5. Возможности программного приложения «Парковка автомобиля»
2. АВТОРСКИЙ ПРОЕКТ ДОПОЛНЕННОЙ РЕАЛЬНОСТИ MUSEUMGO
Мы бы не рассказывали бы про дополненную реальность и её перспективы, если бы не связали свою проектную деятельность с ней.
Программа MUSEUMGO, разработанная в рамках проектной деятельности, служит для удобного обозревания музеев пользователями. Отсюда и такая аббревиатура в названии из двух английских слов «MUSEUM» и «GO». Слово «GO» было добавлено, так как данная технология ассоциируется с игрой «PokemonGO».
Для создания программы MUSEUMGO была использована платформа Unity. Она позволила сделать авторскую разработку мультиплатформенной, а также не подстраиваться под разные версии операционной системы телефонов. Также Unity предлагает разработчикам много возможностей для реализации своего проекта. Так, например, в Unity есть встроенный магазин, где есть готовые материалы (рис. 6). Всё это существенно сокращает время и даёт более эффективный результат.
Рис. 6. Возможности платформы Unity при разработке приложений
Также для работы нам понадобились технологии Vuforia Studio. Приняв условия лицензионного соглашения, мы смогли создать прототип программы MUSEUMGO.
Дальше проектная деятельность по разработке приложения состояла из трех этапов: создание меню (рис. 7), связывание меню и дополненной реальности (например, в меню должна была быть закреплена возможность настраивать расположение объектов дополненной реальности) и дальнейшее улучшение программы. Эти этапы проектной деятельности носили особо важный характер в части реализации программных требований.
Рис. 7. Разработка в среде Unity программы дополненной реальности MUSEUMGO
Ниже на рисунках 8 и 9 представлен программный код основных модулей среды дополненной реальности MUSEUMGO, реализованный средствами платформы Unity.
Функциональные особенности среды дополненной реальности MUSEUMGO состоят в выводе актуальной информации о музейных экспонатах на основе данных, полученных от камеры устройства.
Например, когда человек смотрит через своё устройство на картину, программа выводит названия картины, автора картины, а также предлагает пользователю прослушать аудиогида (в настройках можно включать автоматическое проигрывания аудиогида).
Рис. 8. Программный код основных модулей программы дополненной реальности MUSEUMGO
Рис. 9. Программный код основных модулей программы дополненной реальности MUSEUMGO
На рисунке 10 представлена программная среда дополненной реальности при изучении музейного экспоната.
Рис. 10. Среда программы дополненной реальности MUSEUMGO при изучении музейного экспоната
Такого рода программы помогают расширить реальную действительность дополнительной информацией посредством современных инструментов информационно-коммуникационных технологий. Дополненная реальность раскрывает широкие перспективы получения важной сопутствующей информации об интересующем объекте. В данном случае это объекты музейного наследия. В тоже время подобного рода перспективы целесообразно применять и в других областях человеческой деятельности. Именно такой симбиоз новейших информационно-коммуникационных технологий и инструментальных средств позволит получать дополнительную информацию об окружающих объектах посредство программ дополненной реальности, таких как MUSEUMGO.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В современном мире уже не обойтись без средств информационно-коммуникационных технологий. Они проникли практически во все сферы человеческой деятельности. Это данность сегодняшнего дня. При этом многие инструменты современных IT-технологий только находят свое применение на практике. К ним можно отнести и инструментальные средства виртуальной и дополненной реальности.
Программные среды дополненной реальности позволяют создавать уже универсальные среды программирования. При этом в них уже не требуется написание «чистого» программного кода. В средах доступны инструменты визуального программирования на базе имеющихся встроенных компонентов для генерируемой виртуальной среды. Уникальность отдельных проектов начинает переходить в массовое использование в повседневной практике. Без проектов подобных программной среде дополненной реальности MUSEUMGO скоро уже невозможно будет обойтись.
Таким образом, новейшие технологии и их средства не отстают от задач практики. Они идут параллельно друг другу. Технологии позволяют проектировать и создавать новые инструменты для познания окружающей действительности. Окружающий мир подсказывает перспективные направления развития информационно-коммуникационных технологий.
Программные среды, функции которых реализованы посредством современных интеллектуальных устройств, расширяют пользовательский кругозор. Во всем возрастающем с каждым годом потоке данных и по скорости, и по объему, они позволяют человеку XXI свободно ориентироваться в информационном пространстве. Инструменты дополненной реальности открывают широкие перспективы изучения разнообразных объектов окружающей человека среды.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Книжки по Unity:
Unity for Absolute Beginners. Sue Blackman
Learning Unity Android Game Development. Thomas Finnegan
Cсылки:
https://library.vuforia.com/articles/Solution/Using-the-MixedRealityController-in-Unity.html
https://unity3d.com/ru/learn/tutorials/topics/virtual-reality/user-interfaces-vr
https://bunkerbook.ru/unity-lessons/razbor-kak-rabotat-s-playerprefs-v-unity-5/
https://stackoverflow.com/questions/4007493/cs0019-operator-cannot-be-applied-to-operands-of-type-bool-and-int
https://docs.unity3d.com/Manual/script-Dropdown.html
https://docs.unity3d.com/ScriptReference/UI.Image-sprite.html
http://xrayisgray.de/sites/tutorial_0_ru.html
https://library.vuforia.com/articles/Solution/How-To-Implement-Virtual-Buttons