УДК 004

Применение технологий дополненной реальности в современной жизни

Сорочан Виталий Викторович – кандидат физико-математических наук, доцент кафедры Информатики и информационных технологий Калужского государственного университета им. К.Э. Циолковского

Перевалов Андрей Леонидович – студент направления подготовки «Информационные системы и технологии (IT-системы в бизнесе и управлении)» Инженерно-технологического института Калужского государственного университета им. К.Э. Циолковского

Аннотация: В данной статье анализируется использование виртуальной (VR) и дополненной (AR) реальностей для разработки графических продуктов, оптимизации промышленных процессов и обучения сотрудников. Данные технологии ускоряют разработку новых продуктов, улучшают качество существующих и сокращают затраты на создание прототипов. Эти технологии способствуют эффективному использованию, передаче и созданию знаний в различных отраслях. И о том, как виртуальная реальность создает искусственную среду, которую пользователь воспринимает как реальную, с помощью компьютерной графики и специального оборудования. Она стремится преобразовать искусственный и виртуальный опыт в реальный. Дополненная реальность улучшает реальную среду виртуальной информацией, она интерактивна и объединяет реальные и виртуальные объекты в 3D.

Ключевые слова: AR – Дополненная (альтернативная) реальность, VR – виртуальная реальность, AI – искусственный интеллект.

Растущее сетевое взаимодействие во всех сферах жизни является феноменом, который может кардинально изменить мир. Устройства с подключением к интернету вещей, бизнес и мобильные приложения, а также сенсорные и измерительные системы ежедневно генерируют огромный объем данных. Согласно прогнозам аналитиков International Data Corporation [1], к 2025 году объем данных достигнет 163 зеттабайт.

Рост объема данных открывает множество возможностей для цифровых бизнес-моделей, применяемых компаниями. Сегодня цифровые сети охватывают не только устройства, такие как планшеты и смартфоны, но также стиральные машины, роботизированные газонокосилки и пылесосы. Они все чаще подключаются к интернету.

В мире информационных технологий произошли значительные изменения. Например, AI продолжает развиваться и уже используется во многих отраслях. С помощью AI можно автоматизировать различные процессы, улучшать качество обслуживания и повышать эффективность работы. Кроме того, блокчейн технология, которая обеспечивает безопасность и прозрачность данных, также становится все более популярной [2-3].

Однако, несмотря на все преимущества, существуют и вызовы, связанные с ростом сетевого взаимодействия. Защита данных и конфиденциальность являются одной из главных проблем. Компании должны правильно обращаться с существующими знаниями для их эффективного использования. Способы коммуникации для обмена знаниями изменяются из-за растущей технологизации. Вопрос в том компании используют технологии только потому, что они есть, или из-за их реальной экономической эффективности [4]. Такие технологии, как виртуальная и дополненная реальность, являются причудой или необходимостью? Помогают ли они компаниям обмениваться знаниями более эффективно? Поскольку и VR и AR являются сравнительно новыми технологиями, существует потребность в изучении их потенциала.

Технологии виртуальной и дополненной реальностей интересны для работы со знаниями, так как они обеспечивают новый вид взаимодействия с объектами и людьми. Они позволяют моделировать и визуализировать ситуации, которые были бы невозможны в реальной жизни из-за ограничений. Эти технологии обладают большим потенциалом в передаче учебного материала и общении на больших расстояниях. Виртуальная реальность повышает мотивацию учащихся и улучшает передачу знаний. Дополненная реальность помогает людям в логистике за счёт визуализации информации. Она позволяет обрабатывать больше заказов за меньшее время и экономит время и средства.

Для определения эффективности использования VR и AR был проведен опрос экспертов автомобильной отрасли, так как эта отрасль относительно рано начала их использовать [5]. Изначально виртуальная реальность применялась для визуализации дизайна автомобилей и создания виртуальных прототипов, а теперь используется и в других областях: производстве, маркетинге, прототипировании и дизайне интерьера [6-7].

Автомобильная промышленность активно использует технологии VR и AR для разработки продуктов, оптимизации процессов и обучения сотрудников. VR и AR позволяют визуализировать сложные объекты и процессы, что ускоряет разработку новых продуктов и улучшает качество существующих. Кроме того, эти технологии помогают сократить время и затраты на создание прототипов, что является важным преимуществом для автомобильной промышленности. В целом, использование VR и AR в автомобильной отрасли способствует более эффективному использованию существующих знаний, передаче практического опыта и созданию новых знаний.

Едва ли можно найти единое определение понятия “знания”. То, что составляет знание, разделенное на его компоненты, оставляет место для интерпретации на основе представленных ниже моделей. Важно отметить, что разделение и вывод определения знания в этой работе не претендует на универсальное значение знания, но является попыткой осмыслить знание с международной точки зрения так, чтобы эта аналитическая база могла быть создана и в то же время могла служить мостом для работы со знанием в контексте цифровых информационных систем. Вероятно, самым значительным различием между разными категориями знания является различие между эксплицитным и имплицитным знанием. Это разделение имеет особое значение, так как передача знания также зависит от его типа. Эксплицитное знание человека — это то, что он знает и о чем может рассказать в любой момент, все то, что он знает осознанно. Эти знания доступны сознательно, их можно легко донести и легко передать другим людям. Эту часть знания также называют “поверхностными” знаниями. Другая же часть знания будет имплицитной, то есть неявной, неосознанной. Имплицитное знание состоит из навыков, умений и опыта, которые человек приобрел, но не всегда может выразить словами.

Если вы спросите велосипедиста о знании, необходимом для езды на велосипеде, он, вероятно, не сможет объяснить, как сохранять равновесие. Этот навык основан на эксплицитных знаниях, многолетних тренировках, постоянном совершенствовании и интуиции. Велосипедист может описать, как работает велосипед и дать советы по вождению, но, когда дело доходит до подсознательных процессов, его слова заканчиваются [8].

Такие знания передаются с помощью примеров и образцовых действий. Отношения между наставником и учеником, а также знания, полученные из практики и личного опыта, можно назвать “молчаливое знание”. Это правильное название, так как суть этого знания не в словесной или математической форме, а в умении формировать суждения и совершать действия на практике.

Значимость имплицитных знаний для компаний бесспорна. Знания, относящиеся к конкретным людям, могут стать частью конкурентного преимущества фирмы. Такие знания особенно ценны в процессе использования и служат ключевым фактором при передаче знаний. Эта теория впервые была описана в литературе по управлению в контексте “Эволюционной теории познания” [9].

Чтобы понять термин “виртуальная реальность”, нужно сначала определить, что значит “виртуальность” в сочетании с “реальностью” и чем виртуальная реальность отличается от реальной. В данном контексте нет смысла рассматривать эти два термина отдельно, так как виртуальная реальность — это закрытое понятие, которое возникает в результате взаимодействия виртуального и реального. Виртуальный компонент искусственно создается компьютером, чтобы обмануть человека и заставить его поверить в то, что происходящее в очках виртуальной реальности реально. Таким образом, виртуальная реальность стремится превратить искусственный и виртуальный опыт в реальность. Виртуальная реальность — это симуляция, где компьютерная графика используется для создания реалистичного мира [10]. Это высококачественный пользовательский интерфейс, который включает в себя очки виртуальной реальности и контроллеры, позволяющие пользователю взаимодействовать с виртуальным миром [11].

Основываясь на этом определении, разработали так называемый треугольник виртуальной реальности, также известный как модель I3 (рис. 1). Он состоит из трех фундаментальных свойств, которые определяют виртуальную реальность по своей сути: взаимодействие, воображение, погружение [12].

image001

Рисунок 1. Треугольник виртуальной реальности.

Взаимодействие: устройства VR особенно отличаются интерактивными возможностями, доступными человеку в виртуальной среде. Это возможно благодаря различным системам. Например, движение тела можно измерить с помощью трехмерных позиционных трекеров, а движения и жесты рук с помощью различных устройств ввода, таких как перчатки со встроенными датчиками или контроллеры, приспособленные к эргономике руки. Цель — максимально снизить задержки или задержку между движением и обработкой для обеспечения наиболее интуитивной формы взаимодействия между компьютером и человеком [13]. Интерактивность в виртуальной реальности особенно важна для компаний, таких как Volkswagen, поскольку таким образом процессы и способы использования могут быть спланированы и обсуждены вместе в режиме реального времени, что упрощает совместную работу в разных местах. Пользователь виртуальной реальности из Volkswagen Group Logistics отметил [14]: «Воображение: это способность человека представлять и сопереживать виртуальной ситуации. Эффективность этого аспекта зависит от человека. Но есть и другие аспекты, которые могут улучшить опыт работы с виртуальной средой: визуализация и симуляция».

Визуализация – это графическое представление виртуальной среды, включая декорации и объекты, их геометрию, качество текстур, освещение и разрешение. Визуализация может быть рассчитана заранее или в реальном времени. Динамику сцены показывает симуляция - воспроизведение процессов и ситуаций максимально реалистично за определенный период времени.

Погружение – это интеграция человека в компьютерную ситуацию, которую обеспечивают устройства ввода и вывода. Присутствие ощущение, что человек находится в виртуальной среде. Это когнитивное состояние, порождаемое системными технологиями. Оно может быть и в реальности.

Между погружением и присутствием есть разница: присутствие подразумевает погружение. Чтобы создать погружение, нужно соблюдать технические требования. Когда это происходит, у человека возникает чувство присутствия. Также есть положительная корреляция между погружением и уровнем присутствия.

AR – это технология, которая напрямую или косвенно представляет в реальном времени физическую среду реального мира, улучшенную или дополненную информацией, сгенерированной виртуальным компьютером. Она является интерактивной, регистрируется в 3D и сочетает в себе реальные и виртуальные объекты. В отличие от VR, AR не заменяет реальную среду на виртуальную, а дополняет существующий реальный мир виртуальными объектами, созданными компьютером. Аспект дополнения реальной среды виртуальным контентом является решающим отличием виртуальной реальности от дополненной. Более детальное разграничение этих двух терминов можно найти в континууме реальность-виртуальность, также называемом континуумом смешанной реальности. Этот континуум определяет степень реальности или виртуальности среды: реальность, дополненная реальность, дополненная виртуальность и виртуальная среда (риснок 2). Внешние края представляют собой, с одной стороны, реальность, а с другой – виртуальную реальность. Они максимально отличаются друг от друга. Реальность – это восприятие реальной среды, взаимодействие в которой основано на реальных объектах и содержании. Противоположностью является виртуальная реальность: человек переживает полностью виртуальную ситуацию, взаимодействуя только с виртуальными объектами.

image004

Рисунок 2. Структура смешанной реальности.

Континуум классифицирует технологии и среды по степени их искусственности. Он описывает, сколько реального и виртуального содержится в соответствующих ситуациях и средах. Хотя разграничение между этими двумя состояниями четко определено, ситуации, содержащие как реальный, так и виртуальный контент, нельзя четко определить. Для более точного определения такого состояния разработали концепцию смешанной реальности. Технологии, создающие смешанную реальность, включают гарнитуры дополненной реальности, поскольку они объединяют реальность и виртуальность, налагая реальную среду на изолированный виртуальный контент. Однако очки виртуальной реальности не входят в эту категорию, поскольку миры, которые они создают, полностью виртуальны по своей сути. В рамках смешанной реальности дополненная реальность по-прежнему может быть отделена от дополненной виртуальности, поскольку она включает вставку реальных объектов в виртуальную среду.

Один из важных аспектов AR - возможность взаимодействия с окружением и отображаемым контентом в реальном времени. Это схоже с виртуальной реальностью, поскольку такое взаимодействие неотъемлемо от технологии. Однако, в дополненной реальности этот аспект ограничен обменом виртуального контента, а не окружающей средой, как в AR.

Другой ключевой аспект AR – это способность захватывать трехмерные объекты. Это делает дополненную реальность полной. Фильм с виртуальным 3D контентом считается дополненной реальностью в широком смысле слова, так как здесь отсутствует интерактивный компонент.

Поскольку виртуальная реальность является технологией, развитие которой постоянно подвержено изменениям, имеет смысл объяснять стоящую за ней технологию на функционально-ориентированном уровне, чтобы понимать структуру и технические компоненты всей системной технологии в области виртуальной реальности.

Как уже упоминалось, устройства виртуальной реальности являются сложными техническими системами, которые создаются через моделирование, визуализацию и интерактивность.

Устройства виртуальной реальности способны генерировать виртуальность и передавать ощущение присутствия или погружения пользователю. Таким образом, они являются инструментом для создания виртуальности и позволяют создавать реальные объекты, процессы или окружения через обработку данных и их графическую визуализацию [15].

На основе моделирования устройства могут отображать процессы, которыми пользователь может манипулировать в любом виде и проектировать в интерактивном режиме. Можно провести грубое различие между “стационарными системами виртуальной реальности со встроенными дисплеями” и “мобильными системами виртуальной реальности”.

Стационарные системы виртуальной реальности со встроенным дисплеем характеризуются постоянно установленным дисплеем и проводным соединением с вычислительным блоком. Техническая структура таких систем включает множество различных компонентов и модулей, формирующих собственную систему и функциональную структуру для всех разных систем виртуальной реальности. Объединение этих отдельных функций приводит к системной функциональности более высокого уровня.

Отдельные системы обычно включают автоматизированную систему, компоненты информационных технологий и соответствующие интерфейсные технологии. Вместе они формируют определенную комбинацию программных и аппаратных компонентов для каждой индивидуальной системы виртуальной реальности. Определенные компоненты могут отличаться друг от друга, так как не каждый компонент необходим для определения соответствующего устройства в качестве системы виртуальной реальности. Структура соответствующих систем зависит от факторов, таких как требуемая скорость реагирования периферийных устройств или разрешение экрана. Технические компоненты VR можно описать следующим образом:

  • центральный блок или компьютерная система;
  • программное обеспечение (операционная система и специальные приложения для виртуальной реальности);
  • периферийные устройства;
  • вход (системы слежения);
  • выход (визуальные устройства или дисплеи).

Центральный процессор является основным компонентом аппаратного обеспечения и необходим для расчета графики дисплея. Он обрабатывает данные, связанные с отслеживанием положения и соответствующими устройствами ввода. Операционная система распределяет вычислительное время между процессами, позволяя приоритизировать их.

Программное обеспечение включает соответствующую операционную систему, базовое и специализированное программное обеспечение для виртуальной реальности, а также инструменты для создания графики. Создание виртуальных миров занимает большую часть вычислительной мощности. Разработаны специальные приложения для VR-систем, основанные на функциях, специфичных для приложения, и инструментах моделирования [16].

Быстрое развитие аппаратного обеспечения, такого как графические процессоры и компьютерные системы, значительно продвинуло разработку программного обеспечения для систем виртуальной реальности в последние годы. Это привело к более реалистичному графическому дизайну и уменьшению задержки в движениях, улучшая ощущение погружения.

Задержка играет важную роль в восприятии виртуальной среды, поскольку позволяет пользователю видеть результаты своих действий и связывать их со своим поведением [17].

Влияние технологий VR/AR на передачу знаний: при передаче неявных знаний VR может быть полезна, позволяя пользователю «прожить» ситуации других людей и понять их работу на основе этих виртуальных ситуаций. Эта концепция может быть распространена на международный уровень и имеет большой потенциал в данном контексте. Однако не удалось определить, действительно ли передаваемые с помощью VR знания являются неявными компонентами. У опрошенных экспертов были разные мнения по этому вопросу [18].

Анализ интервью с экспертами также предоставил полезную информацию о передаче знаний при помощи технологии дополненной реальности. Эксперты утверждают, что системы AR особенно подходят для компаний, так как позволяют передавать стандартизированную и менее сложную информацию, которая благодаря своей гибкой структуре устройства лучше интегрируется в текущие рабочие процессы. Существующие процессы в AR могут быть оптимизированы и сделаны более эффективными благодаря информации, которая улучшает контекст. Также технология предлагает возможность поддержки пользователя в рабочем процессе со стороны экспертов. Знания, передаваемые таким образом, по-видимому, в основном состоят из компонентов, относящихся к процессу. Можно предположить, что эти знания передаются неустойчиво, на основе замещения, когда пользователь действует только на основе инструкций от эксперта. Но остается неясным, до какой степени эти стандартные процессы состоят из явных или неявных знаний. Учитывая наблюдаемость процессов и руководство со стороны экспертов, кажется разумным считать, что пользователям AR легче понять передаваемую информацию.

Однако в этом контексте могут быть выявлены и ограничения обеих технологий. Относительно небольшие размеры дисплеев AR-устройств приводят к значительному ограничению потока передаваемой информации и к проблемам с точностью наложения реальных и виртуальных объектов, что, возможно, наносит ущерб передаче знаний. Ограничения VR-технологии также включают качество отображения виртуальных сред: во многих случаях оно страдает от низкого разрешения и грубой обработки полигонов. Это критическое ограничение, так как пользователям VR сложно понять виртуальные процессы без соответствующего качества отображения. Упомянуты и другие ограничения: отсутствие тактильных ощущений и пространственные ограничения сенсорных систем, которые могут отрицательно сказаться на опыте погружения и передаче знаний в VR.

Технологии VR/AR позволяют обучать сотрудников без необходимости физического присутствия на рабочем месте, что снижает затраты на обучение и повышает уровень удовлетворенности сотрудников.

В целом, результаты опроса показали, что автомобильная промышленность видит значительные преимущества от использования VR и AR. Эксперты считают, что эти технологии будут продолжать развиваться и внедряться в другие отрасли, что позволит улучшить процессы и повысить эффективность работы.

Список литературы

  1. Лисовицкий А. IDC: $13,9 миллиарда будет потрачено в мире на дополненную и виртуальную реальность в 2017 году/А. Лисовицкий. – Текст: электронный // Holographica : [сайт]. – 2017 – 2 марта. - URL: https://holographica.space/news/ar-vr-idc-8865 (дата обращения: 29.07.2023).
  2. Рассел, С. Искусственный интеллект: современный подход / С. Рассел, П. Норвиг. - М.: Вильямс, 2016. - 578 c. – Текст : непосредственный.
  3. Потапова Р. К. Новые информационные технологии и лингвистика. Учебное пособие; Ленанд - М., 2016. - 368 c. – Текст : непосредственный.
  4. Мллер А.Е. Концептуальные основы технологизации промышленного производства /А.E. Мллер – Текст: электронный // Cyberlenika : [сайт]. – 2016. -  https://cyberleninka.ru/article/n/kontseptualnye-osnovy-tehnologizatsii-promyshlennogo-proizvodstva/viewer (Дата обращения: 29.07.2023).
  5. Augmented Reality Revamping Infotainment in the Automotive Industry – Текст: электронный // Technavio : [сайт]. – 2014 – 6 марта. - URL: https://blog.technavio.org/blog/augmented-reality-revamping-infotainment-in-the-automotive-industry (дата обращения: 23.08.2023).
  6. Выхристюк, Зоя Виртуальность реальности / Зоя Выхристюк. - М.: Издательские решения, 1990. - 431 c. – Текст : непосредственный.
  7. Грабовой Воскрешение людей и вечная жизнь - отныне наша реальность / Грабовой, Григорий. - М.: Издатель А.В. Калашников, 2002. - 672 c. – Текст : непосредственный.
  8. Гёте, И.В. Учение о цвете. Теория познания. Пер. с нем. / И.В. Гёте. - М.: Ленанд, 2019. - 200 c. – Текст : непосредственный.
  9. Абачиев, С.К. Эволюционная теория познания: Основные понятия и законы. Гносеологическая теория труда и техники / С.К. Абачиев. - М.: Красанд, 2019. - 664 c. – Текст : непосредственный.
  10. Зеланд Вершитель реальности / Зеланд, Вадим. - М.: АСТ, 2006. - 256 c. – Текст : непосредственный.
  11. Зингер Лохness: халява в виртуальной мышеловке / Зингер, Марго. - М.: СПб: Вектор, 2006. - 140 c. – Текст : непосредственный.
  12. Кирюшин, Алексей Виртуальная реальность / Алексей Кирюшин. - М.: LAP Lambert Academic Publishing, 2011. - 248 c. – Текст : непосредственный.
  13. Орфинский, В. В мире сказачной реальности / В. Орфинский. - М.: Петрозаводск: Карелия, 2013. - 132 c. – Текст : непосредственный.
  14. https://toowto.ru/blog/primenenie-virtualnoj-realnosti.html (Дата обращения: 15.08.2023).
  15. Котляров, И. Д. Виртуальная реальность как пространство удовлетворения потребностей / И.Д. Котляров. - М.: Синергия, 2006. - 922 c. – Текст : непосредственный.
  16. Бабенко, Валерий Сергеевич Виртуальная реальность. Толковый словарь терминов / Бабенко Валерий Сергеевич. - М.: Трамвай (Магадан), 2012. - 675 c. – Текст : непосредственный.
  17. Augmented Reality Revamping Infotainment in the Automotive Industry – Текст: электронный // Technavio : [сайт]. – 2014 – 6 марта. - URL: https://blog.technavio.org/blog/augmented-reality-revamping-infotainment-in-the-automotive-industry (дата обращения: 23.08.2023).
  18. Talespin teams with PWC on VR study proving efficacy of VR soft skills training– Текст: электронный // Talespin: [сайт]. – 2020 – 25 июня. - URL: https://www.talespin.com/blog-post/talespin-teams-with-pwc-on-vr-study-proving-efficacy-of-vr-soft-skills-training (дата обращения: 14.10.2023).

Интересная статья? Поделись ей с другими: