Вы из какой реальности будете? Разбираемся в вопросе VR и AR

16 167
43
24 августа 2017 в 8:00
Автор: Ян Альшевский. Фото: Максим Тарналицкий, Влад Борисевич

Вы из какой реальности будете? Разбираемся в вопросе VR и AR

Много ли фильмов, вышедших в прокат в последние несколько лет, посвящены виртуальной реальности? На ум с ходу приходит сиквел «Трона» (2010), «Начало» (2010), «Исходный код» (2011) да пару менее заметных. Кинематограф достаточно очевидно отражает интерес общества к тому или иному «модному» феномену. Или непонятному, пугающему. Вероятно, потому в одну пятилетку нас потчуют «Газонокосильщиками», в другую — «Матрицей», а еще чуть позже — чем-то наподобие «Суррогатов» или «Исходного кода».

Виртуальная реальность не появилась внезапно, она будоражит умы ученых и инженеров не один десяток лет. Одним из первых образцов в литературе, в котором упоминается выдуманный с определенной целью мир, можно назвать рассказ Роберта Хайнлайна «Они», опубликованный в 1941 году. Его главный герой оказывается во вселенной, где он и еще несколько персонажей являются реальными — все ради того, чтобы обмануть жертву.

Однако считается, что активно виртуальная реальность начала развиваться уже после Второй мировой войны. В 1950-х годах кинематографист Мортон Хейлиг описал концепт кинотеатра, способного задействовать восприятие человека по максимуму, а в 1960-х американец Майрон Крюгер предложил термин «искусственная реальность» (Крюгера называют одним из первых, кто начал углубленно изучать виртуальную и дополненную реальности).

«Дамоклов меч»

«Официальным» появлением дополненной реальности можно назвать запуск первого шлема виртуальной (и одновременно дополненной) реальности с говорящим названием «Дамоклов меч». Устройство выглядит как паровоз рядом с поездом на магнитной подушке, что касается и технологического аспекта. Но то история.

Дополненная реальность так, как ее видели на заре развития

Что же сегодня? Немного разобраться в вопросе виртуальной и дополненной реальности (или VR и AR в простонародье) нам помог сотрудник Microsoft Егор Богатов. До этого он работал в компании Xamarin, которую в феврале 2016 года и приобрела софтверная корпорация.

Дополненная реальность — не виртуальная?

«Виртуальная реальность существует примерно в том же виде, что и в момент своего появления более 50 назад. По большому счету ничего не изменилось: был шлем, было два „глаза“, стереоскопическая картинка и детектор движения. С тех пор меняются только технические характеристики компонентов.

„Правильная“ дополненная реальность в сравнении с виртуальной — это просто высшая математика. VR более популярна за счет простоты (относительной) ее реализации. С моей точки зрения, это два не слишком пересекающихся направления, которые продолжат развиваться параллельными путями.

В образовательном процессе преимущество, вероятно, за виртуальной реальностью. Представьте виртуальные занятия, в рамках которых профессор демонстрирует какие-то физические законы, наглядно показывая на модели, где какие электроны, как это все работает. Учащиеся при этом находятся в разных частях света, и им не надо никуда идти, терять время на дорогу», — рассказывает Егор.

И если виртуальная реальность — это полностью смоделированный компьютерный мир, то дополненная представляет собой своего рода гибрид. По словам собеседника, существует несколько подходов к созданию AR. Один из наиболее простых и распространенных способов — использование так называемых маркеров. Это может быть QR-код, какой-нибудь специализированный символ или рисунок, а остальное берет на себя машинное зрение. Подобные маркеры используются для мобильных интерактивных игр, раскрасок, «оживающих» персонажей и так далее (например, наводишь смартфон на картинку, а там появляются объемные монстры).

Другой подход связан с применением набора сенсоров и датчиков, которые сканируют окружающее пространство, определяют его параметры, создают карту глубины, а затем возвращают данные для обработки компьютером, чтобы взаимодействовать с окружением. Это более фундаментальный подход с высокой точностью, но и куда более дорогостоящий. Пример тому — Microsoft HoloLens.

В очередной раз свое веское слово намерена сказать и компания Apple, которая не так давно представила фреймворк ARKit, входящий в состав iOS 11. Пользовательская версия платформы появится лишь осенью, однако разработчики уже могут изучить ее возможности. «ARKit позволяет превратить любой iPhone, начиная с 6s, в устройство для создания дополненной реальности», — отметил Егор.

«Раньше запустить полноценную дополненную реальность на телефонах было проблематично. Телефон способен понимать расположение объекта (себя) в пространстве с помощью встроенных датчиков и сенсоров, можно фиксировать координаты с помощью гироскопа, однако точность оставляет желать лучшего.

Софт Apple эффективно использует контрольные точки, устройство перемещается, виртуальные объекты не теряют привязку к координатам. Платформа позволяет закреплять голограммы на определенных местах, их можно рассматривать со всех сторон, при этом объект никуда не съезжает (нет эффекта дрифта). Сильная сторона ARKit — возможность работы с единственной камерой. С двумя эффективность вырастает еще больше», — пояснил собеседник.

Как напомнил Егор, свою дорожку уже длительное время пытается проторить Google. Три года назад появилась информация о Project Tango, который чуть позже был переименован в «платформу Tango». Это нечто среднее между Microsoft HoloLens и ARKit от Apple. Первым потребительским устройством с поддержкой Tango стал смартфон Lenovo Phab 2 Pro. Технология с помощью выделенной камеры позволяет в режиме реального времени создавать 3D-карту помещений, определять глубину и геометрию окружающего пространства для последующего взаимодействия с ним.

В этом году свой вариант Tango-смартфона выпустила компания ASUS — девайс получил название Zenfone AR. Фурора, как мы знаем, ни ASUS, ни Lenovo не произвели. Полноценная версия платформы Tango вряд ли найдет применение в широкодоступных коммерческих смартфонах или планшетах — это все же инструмент, а не игрушка. По этой причине не исключено, что Apple вновь станет «первопроходцем», который на самом деле следует по уже проторенному пути.

Google Glass вообще ни при чем

В Google Glass, пояснил Егор, нет ни дополненной, ни виртуальной реальности: «Это одно из тех устройств, которые просто подняли интерес к носимым гаджетам. Но с точки зрения технологии девайс достаточно примитивный».

Что-то меня мутит…

«И виртуальная, и дополненная реальность упираются в технологические ограничения. Для виртуальной реальности, например, критично разрешение и, как следствие, производительность системы. Похожие проблемы в какой-то мере характерны и для HoloLens, поэтому приходится идти на компромиссы», — отметил собеседник.

По словам Егора, чтобы получить в виртуальной реальности разрешение «как у глаза», потребуется экран, эквивалентный 40 × 4К. Такая картинка в ближайшее время вряд ли появится. А низкое разрешение и частота в итоге приводят к неприятным физиологическим последствиям в виде морской болезни (характерно для Oculus Rift и аналогов). Некоторые специалисты считают, что проблема в другом: мозг попросту не понимает, что происходит вокруг.

В HoloLens, в свою очередь, имеются нюансы с небольшим углом обзора и невысоким разрешением, что продиктовано, среди прочего, желанием создать максимально автономный девайс. «Однако это не так бьет по глазам. Почему? Потому что 80% того, что мы видим в устройстве дополненной реальности, — это реальность в нативном для глаза разрешении», — пояснил эксперт.

Инженерам еще предстоит решить целый ворох задач, еще немного приблизив будущее. Во-первых, это упоминавшееся разрешение дисплеев для шлемов AR и VR. В этом направлении работа ведется активно, крупные производители регулярно рапортуют о новых рекордах. К примеру, в прошлом году Sharp представила на выставке CEATIC 2016 в Японии миниатюрную панель с плотностью пикселей 1008 ppi. Для сравнения, в HTC Vive этот показатель составляет около 447 ppi. Весной этого года сообщалось, что Samsung разрабатывает дисплей с плотностью уже в 2250 ppi.

Далее необходимо решить вопросы с трекингом зрачка и фокусировкой изображения. «В виртуальных очках ты смотришь на две двухмерные картинки. В реальности же — увидел камешек, захотел разглядеть его получше, перевел взгляд и сфокусировался на нем. Подвижки в этом направлении есть, уже найдено интересное программное решение в виде эмуляции фокуса.

Также инженеры предлагают использовать экран в экране — в более крупном имеется миниатюрный подвижный, который двигается туда, куда смотрит человек. Эта картинка рендерится с большим разрешением, остальное — с более низким (угол обзора человеческого глаза составляет 30 градусов, за пределами которых изображение начинает „плыть“)», — рассказал собеседник.

Голову не напечет?

«Если взять HoloLens и положить рядом шлем Oculus Rift, с точки зрения технологий это будет небо и земля», — уверен Егор.

Очки HoloLens оборудованы собственным набором видеокамер, двумя процессорами, аккумулятором и не требуют провода для подключения к компьютеру. Модуль Wi-Fi позволяет передавать информацию на компьютер и обратно (можно добиться более продвинутой картинки), однако вновь свою роль играют технологические ограничения — скорость передачи данных, например. Тем более проблема актуальна, если речь идет о виртуальной реальности. Это одна из причин, почему «облачная» обработка данных нам в ближайшее время будет недоступна.

«Подобные вещи надо делать с минимальными задержками. У тебя есть 10 мс на то, чтобы отправить данные на компьютер, отрендерить карту и вернуть обратно. Что-то изменится после появления 5G и дальнейшего распространения IPv6 — только тогда можно будет говорить о качестве при работе с „облаком“. Пока же виртуальная реальность прочно связана с компьютером тяжелым проводом.

Кроме того, AR и VR страдают от необходимости рисовать для обоих глаз. Играем на компьютере — рисуем только для одного, а здесь отрисовка делается отдельно для каждого. Нужна соответствующая производительность. Поэтому у Oculus Rift и HTC Vive такие бешеные требования к „железу“», — уточняет собеседник.

Тем не менее компании идут по пути унификации. Решения HTC и Oculus требуют установки внешних датчиков, однако некоторые производители при разработке шлемов виртуальной реальности начинают применять технологии, используемые в HoloLens. Такие устройства окажутся удобнее для конечного пользователя и будут дешевле.


Сегодня проблемой как виртуальной, так и дополненной реальности является жесткая привязка к «железу». Еще не придумали действительно комфортный и эффективный девайс «на каждый день». Очки HoloLens, какими бы автономными они ни были, все равно тяжело давят на голову, и после того, как проходит эффект wow, превращаются либо в ненужную вещь, либо в профессиональный инструмент. Впрочем, разработка никогда и не позиционировалась как «игрушка» и массовый продукт — это устройство, которое будет востребовано в медицине, проектировании, строительстве и других сферах.

У гаджетов виртуальной реальности наподобие HTC Vive и аналогов существует еще больше технических «костылей» в виде внешних датчиков, камер и, главное, внешнего вычислительного устройства — компьютера.

Как сказал наш собеседник, все упирается в технологии. Поэтому появления виртуального телевидения и отпусков в сгенерированных компьютером мирах придется еще немного подождать.

Очки виртуальной реальности в каталоге Onliner.by

Читайте также:

Перепечатка текста и фотографий Onliner.by запрещена без разрешения редакции. nak@onliner.by

Автор: Ян Альшевский. Фото: Максим Тарналицкий, Влад Борисевич
ОБСУЖДЕНИЕ