Реферат Цифровые технологии. Технологии виртуальной и дополненной реальностей. реферат. Цифровые технологии. Технологии виртуальной и дополненной реальностей
 Скачать 1.22 Mb.
|
|
Министерство образования и науки РФ Федеральное государственное автономное образовательное учреждения высшего образования «Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС» Кафедра бизнес-информатики и систем управления производством Реферат на тему: «Цифровые технологии. Технологии виртуальной и дополненной реальностей» по дисциплине: «Цифровая экономика и процессное управление предприятием» Направление подготовки: 09.03.03 Прикладная информатика Семестр 2
Москва – 20 ОглавлениеВведение 3 История возникновения и развития технологий виртуальной и дополненной реальности 4 Устройства виртуальной реальности 7 Устройства дополненной реальности 10 Применение виртуальной и дополненной реальности в разных областях 12 Направления развития рынка технологий виртуальной и дополненной реальности 14 Проблемы развития технологий виртуальной и дополненной реальности 18 Заключение 19 Библиография 20 ВведениеРынок мобильных устройств, стремительно расширяющийся последнее десятилетие, оказал значительное влияние на развитие технологий дополненной и виртуальной реальности. В настоящее время возможности виртуальной реальности всё ещё недоступны массовому потребителю, но крупные компании вовсю занимаются развитием и внедрением этих технологий. Растущая мощность устройств и повсеместная цифровая трансформация вывели технологии виртуальной и дополненной реальности на принципиально новый уровень, где они далеко выходят за пределы индустрии развлечений и охватывают широкий спектр сфер человеческой деятельности. Виртуальная реальность (англ. virtual reality, VR, искусственная реальность) — созданный техническими средствами мир, передаваемый человеку через его ощущения: зрение, слух, осязание. Виртуальная реальность имитирует как воздействие, так и реакции на воздействие. Дополненная реальность (англ. augmented reality, AR, дополненная реальность) — результат введения в зрительное поле любых сенсорных данных с целью дополнения сведений об окружении и изменения восприятия окружающей среды. Таким образом, коренное различие виртуальной и дополненной реальности состоит в том, что виртуальная конструирует новый искусственный мир, а дополненная реальность лишь вносит отдельные искусственные элементы в восприятие реального мира. Дополненная реальность ближе к реальному миру, а виртуальная – ближе к виртуальному. Технологии дополненной и виртуальной реальности используются в образовании и медицине, на их базе разрабатываются обучающие программы и тренажеры, медицинские аппараты моделируют и проводят операции. История возникновения и развития технологий виртуальной и дополненной реальностиПринято 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.  Рис. 1 - «Сенсорама» Мортона 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. «Дамоклов меч» считался первым шлемом и дополненной реальности. Шлем был примитивным как с точки зрения интерфейса, так и по реализму изображения, а его вес был таким большим, что он подвешивался к потолку. Грозный вид устройства дал ему соответствующее название.  Рис.2 - «Дамоклов меч» Айвана Сазерленда Первые попытки реализовать дополненную реальность относятся к началу XX века. Еще во времена Первой мировой войны в авиации начали использовать коллиматорные прицелы – оптические устройства, комбинирующие естественное изображение цели с наложенным изображением прицельной марки, спроецированной в бесконечность 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. В начале 2000-х годов разработчики технологий дополненной и виртуальной реальности обратились к индустрии развлечений. В 2000 году благодаря технологиям дополненной реальности в игре Quake появилась возможность преследовать чудовищ по настоящим улицам. Для этого нужен был виртуальный шлем с датчиками и камерами, что не способствовало популярности игры, но стало предпосылкой для появления известной ныне PokemonGo. В 2010-х технологии дополненной и виртуальной реальности сделали еще один шаг в сторону потребительской аудитории. 1 августа 2012 года малоизвестный стартап Oculus запустил кампанию по сбору средств на выпуск шлема виртуальной реальности на платформе Kickstarter. Разработчики обещали пользователям «эффект полного погружения» за счет применения дисплеев с разрешением 640 на 800 пикселей для каждого глаза. В 2014 году компания Google начала тестирование GoogleGlass – мини-компьютера, встроенного в оправу очков. В 2016 году компания Microsoft представила HoloLens – умные очки для работы с дополненной реальностью. Эти события содействовали активному продолжению работ в области технологий дополненной и виртуальной реальности. Таким образом, проанализировав историю развития их технологий, можно отметить, что у них есть много общего: в основе технологий лежат схожие алгоритмы; интерактивное взаимодействие с пользователем в режиме реального времени; отображение в 3D-пространстве передается посредством технических средств. Устройства виртуальной реальностиШлемы и очки (Head Mounted Display, HMD). В шлеме перед глазами пользователя расположены два дисплея, шоры защищают от попадания внешнего света, предусмотрены стереонаушники, встроенные акселерометры и датчики положения. На дисплеях транслируются немного смещенные друг относительно друга стереоскопические изображения, обеспечивая реалистичное восприятие трехмерной среды. В большинстве своем продвинутые шлемы виртуальной реальности довольно громоздкие, но в последнее время появляются упрощенные легкие варианты (в том числе картонные), которые обычно предназначены для смартфонов с приложениями виртуальной реальности. Шлемы для виртуальной реальности делятся на три типа: • настольные шлемы подключаются к компьютеру (HTCVive, OculusRift) или консолям (Playstation VR), требуют высокой мощности аппаратных средств; • дешевые мобильные гарнитуры работают в связке со смартфонами, менее требовательные и громоздкие, чем компьютерные, представляют собой держатель для смартфона с линзами (Samsung Gear VR, Google Cardboard, YesVR); • автономные очки виртуальной реальности – самостоятельные устройства, работают под управлением специальных или адаптированных операционных систем, обработка изображения происходит непосредственно в самом шлеме: OculusGo, HTCViveFocus, SulonQ, DeePoon, AuraVisor.   Рис.3,4 – OculusRift, Google Cardboard Комнаты виртуальной реальности (Cave Automatic Virtual Environment). Изображения транслируются непосредственно на стены комнаты, чаще всего это Motion Parallax 3D-дисплеи (с их помощью у пользователя формируется иллюзия объемного предмета, поскольку на экране отображается специальная проекция виртуального объекта, сгенерированная в зависимости от положения пользователя относительно экрана). Иногда для создания эффекта полного погружения в таких комнатах используются 3D-очки или даже шлемы. Некоторые эксперты считают, что такой вид виртуальной реальности более совершенен, так как дисплеи позволяют отображать виртуальные элементы в более высоком разрешении, нет необходимости надевать громоздкие устройства и путаться в проводах, отсутствует эффект укачивания, упрощается самоидентификация, потому что пользователь постоянно видит себя.  Рис.5 - Cave Automatic Virtual Environment Вспомогательные гарнитуры. Информационные перчатки и джойстики помогают лучше распознавать положение пользователя в пространстве и его действия. Например, перчатки Dexmo способны передавать физические ощущения от взаимодействия человека с виртуальными объектами. Они отслеживают 11 степеней свободы движения рук пользователя и воздействуют на каждый отдельный палец в момент прикосновения руки к виртуальному объекту.  Рис.6 – перчатки Dexmo Иные устройства. К ним можно отнести различные ножные платформы (3DRudder) и беговые дорожки (VirtuixOmni). Пользователь имеет возможность контролировать движения своих ног, а в случае с дорожками – даже перемещаться в пространстве, не опасаясь столкнуться с препятствиями в реальном мире.   Рис.7 – ножная платформа 3DRudder Устройства дополненной реальностиУмные очки и шлемы. При помощи технологии компьютерного зрения автономные и компактные устройства со встроенными датчиками и камерами позволяют анализировать пространство вокруг пользователя, формировать карту пространства для ориентирования в ней. Большинство очков оснащено функцией распознавания голоса и движений, ими можно управлять, не задействуя рук. Изображения проецируются на линзы очков или специальные мини-дисплеи, нет необходимости в дополнительных метках для генерации контента. Различают бинокулярные (Hololens, DAQRISmartGlasses, Meta 2); монокулярные (GoogleGlass, Vuzix M3000) модели очков и шлемов.   Рис.8 – Hololens, GoogleGlass Мобильные устройства. Практически любой современный смартфон или планшет может стать устройством дополненной реальности, достаточно лишь установить соответствующую программу. Для распознавания объектов чаще всего применяются маркерная технология, маркерами могут выступать QR-коды, сгенерированные точки, логотипы, компьютерное зрение и распознавание лиц. Интерактивные стенды и киоски, проецируемые в дополненной реальности. Инструмент широко используется в сфере продаж, на различных выставках. Стенды и киоски представляют собой широкоформатные экраны, позволяющие отображать фотореалистично визуализированные объекты в определенном контексте (например, демонстрация определенных функций продукта), просматривать информацию в интерактивном режиме. Изображение накладывается на любую поверхность (объект).  Рис.9 – интерактивный стенд Diamant Multitouch Подводя итог, стоит сказать, что на сегодняшний день рынок технологий дополненной и виртуальной реальности только начинает развиваться и применение технологий не ограничится лишь сферой развлечений и игр. Уже сегодня проекты с их использованием помогают не только создавать концептуально новые рынки, но и расширять уже имеющиеся. Применение виртуальной и дополненной реальности в разных областяхЭнергетическая и строительная отрасль В качестве реализованных примеров применения технологий виртуальной реальности в России можно привести АО «Росатом». Для эффективного строительства энергоблоков атомной электростанции им необходим был инструмент, который позволил бы оптимизировать процесс строительства: проводить детальное моделирование плана производства работ, менять последовательность действий в зависимости от графика поставок подрядчиков и субподрядчиков и минимизировать риски и последствия задержек. Таким инструментом стала система виртуальной реальности типа VE CADWall, состоящая из большого плоского экрана и нескольких проекторов, выводящих бесшовное изображение в 3D-формате в масштабе 1:1. Система интерактивного взаимодействия обеспечивает отслеживание перемещения человека перед виртуальной сценой, а костюм и перчатки виртуальной реальности позволяют ему взаимодействовать с виртуальными объектами: отрабатывать процессы сборки, обеспечения увязки, собираемости и взаимозаменяемости деталей. Кроме того, в VR-систему была интегрирована система ВКС для проведения конференций и совещаний в штабе строительства. На данный момент система используется Росатомом для обслуживания и контроля процесса строительства АЭС, а также для обучения персонала и презентаций. Медицина Системы виртуальной реальности могут быть эффективно использованы и уже применяются в медицине. Восприятие врачом трехмерной информации о пациенте (томография, трехмерные данные рентгеновских аппаратов, УЗИ и т.д.) позволяет значительно улучшить качество работы медиков. Интерактивные модели и реконструкция органов используются для обучения, проектирования хирургического вмешательства. С помощью специализированного софта медики могут разрабатывать модели индивидуальных протезов на основе сканирования пациента. Создание тренажеров-симуляторов на базе технологий виртуальной реальности позволяют существенно улучшить качество обучения врачей, сократить затраты на него и снизить количество врачебных ошибок. Используя электромагнитные, пневматические и гидравлические системы, можно моделировать виртуальный скальпель или другой инструмент с помощью систем управления и трекинга (например, виртуальной перчатки, и системы, моделирующей тактильные ощущения). Планируется, что перчатки виртуальной реальности найдут применение не только в видеоиграх и цифровых развлечениях, но и в хирургии. Практиковаться на виртуальных трупах дешевле, чем на реальных, и более гуманно, чем на подопытных животных. Многие сложные операции (например, пластическая хирургия) требуют тщательной отработки и предварительного моделирования действий врача. Медицинские симуляторы позволяют «проиграть» весь ход операции заранее, выявить сложные места, подготовиться к различным сценариям. Промышленность и бизнес Использование технологий VR и AR в корпоративных целях становится нормой, которая позволяет экономнее и продуктивнее проводить обучение сотрудников, отрабатывать сложные и нестандартные ситуации. Появилась возможность убрать привязку к георасположению. Использование одного рекламного AR приложения компанией Volvo позволило увеличить трафик на сайт компании на 293%, показатель намерения совершить покупку увеличился на 88%, а узнаваемость бренда повысилась на 240%. За счет игрового формата приложения удалось привлечь внимание более молодой аудитории — потенциальных владельцев авто Volvo Можно ли продавать автомобили с помощью VR? Активно ведутся эксперименты. Екатеринбургская компания U360 разработала видеоролик в 360° для компании «Автоплюс», местного дилера Jaguar. Надев очки виртуальной реальности дома или шлем Samsung Gear VR в автосалоне, человек может почувствовать себя за рулем автомобиля, «проехаться» с ветерком, рассмотреть салон и приборную панель. Автобренды экспериментируют с панорамным видео повсеместно — тест-драйв Jaguar в 360° сняли также и на Тайване. Образование Использование виртуальной реальности позволяет разнообразить образовательный процесс, сделать обучение более интерактивным и увлекательным. Исследование, проведенное в Китае, показало, что использование VR в обучении повышает успеваемость на 15-25 %. Чешский разработчик Томас Марчианчик создал World of Comenius — образовательную VR-среду, названную в честь знаменитого чешского педагога Яна Амоса Коменского. World of Comenius помогает школьникам освоить учебный материал — от скелета человека до устройства клетки. Московский центр качества образования (МЦКО) работает над внедрением виртуальной реальности для обучения школьников астрономии. С помощью VR школьники смогут перемещаться между планетами и орбитами, изучая их устройство. VR технологии виртуальной реальности применяет также Корпоративный университет Сбербанка — в рамках обучения публичным выступлениям VR используется для симуляции различных нестандартных ситуаций. Направления развития рынка технологий виртуальной и дополненной реальности  Рис.10 – прогноз рынка ПО для виртуальной и дополненной реальности к 2025 году, млрд долл.  Рис.11 – доля продаж ПО виртуальной и дополненной реальности к 2025 году, млрд долл. Специалисты пришли к выводу, что, помимо сферы развлечений, в ближайшем будущем технологии виртуальной и дополненной реальности получат широкое распространение не только в сфере развлечений, но и в сферах недвижимости, коммерции и здравоохранения. Аналитики считают, что доля ПО в сегменте B2C составит 54%, а в сегменте B2B – 46%. Развитие программного обеспечения и контента для дополненной реальности значительно отстанет от того же для виртуальной, и к 2025 году три четверти рынка будут принадлежать именно решениям для виртуальной реальности. Однако со временем разрыв сократится. По прогнозу GoldmanSachs, устройства виртуальной реальности вскоре станут так же популярны и функциональны, как мобильные телефоны. С помощью таких девайсов пользователи смогут смотреть кино и сериалы, присутствовать на массовых мероприятиях и совершать покупки. А это значит, что виртуальная реальность заметно расширит возможности малого и крупного бизнеса. Прогнозы других компаний отличаются от представленных в исследовании GoldmanSachs. Так, предполагается, что совокупный объем рынка аппаратного и программного обеспечения для технологий виртуальной реальности в 2023 году вырастет до 34,1 млрд долл., а для технологий добавленной реальности – до 60,5 млрд долл. Ключевым драйвером роста объема рынка устройств виртуальной реальности станет распространение шлемов виртуальной реальности благодаря индустрии игр и развлечений. По данным Аналитического центра при Правительстве РФ, 4–5 лет понадобится России, чтобы занять более 15% мирового рынка VR/AR-технологий. Три российские компании к 2024 году смогут занять 30+% одного из приоритетных рынков. Проблемы развития технологий виртуальной и дополненной реальности Рис.12 - Факторы, препятствующие распространению технологий виртуальной и дополненной реальностей. На данный момент главное, что тормозит развитие технологий в области развлечений, — это отсутствие у разработчиков необходимых инструментов и клиентской базы. Пользователи, в свою очередь, не до конца доверяют разработчикам программного обеспечения для виртуальной реальности из-за того, что нет громких проектов. Эту проблему пытаются разрешить многие крупные компании: Google, Facebook, Sony и Microsoft. Компания Google распространила в общей сложности несколько миллионов устройств Cardboard (один миллион из них — бесплатно, с помощью New York Times). По мнению большинства специалистов, самым популярным VR-устройством для ПК станет Oculus Rift. ЗаключениеЗа последние годы в мире виртуальной реальности произошло немало изменений. Первые VR-устройства уже доступны и предлагают пользователям совершенно новый опыт. Производители оборудования модернизируют технологию год за годом, также растет число компаний-разработчиков программного обеспечения, которые специализируются на VR и внедряют технологии в повседневную жизнь с помощью простых в использовании инструментов. Но широкому распространению технологий виртуальной и дополненной реальности пока еще препятствуют как экономические, так и психологические факторы. БиблиографияА.В. Иванова Технологии виртуальной и дополненной реальности: возможности и препятствия применения// cyberleninka.ru URL: https://cyberleninka.ru/article/n/tehnologii-virtualnoy-i-dopolnennoy-realnosti-vozmozhnosti-i-prepyatstviya-primeneniya/viewer A.C. Серая, А.Ю. Сергиенко Технологии дополненной и виртуальной реальности: сферы применения// scienceforum.ru URL: https://files.scienceforum.ru/pdf/2020/5e1da2de75eea.pdf В.А. Кузнецов, Ю.Г. Руссу, В.П. Куприяновский Об использовании виртуальной и дополненной реальности// cyberleninka.ru URL: https://cyberleninka.ru/article/n/ob-ispolzovanii-virtualnoy-i-dopolnennoy-realnosti/viewer Виртуальная реальность. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Виртуальная_реальность#Дополненная_реальность Дополненная реальность. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Дополненная_реальность |