Курсовая портал универа. технологии виртуальной и дополненной реальности
 Скачать 0.96 Mb.
|
|
ДОРОЖНАЯ КАРТА РАЗВИТИЯ «СКВОЗНОЙ» ЦИФРОВОЙ ТЕХНОЛОГИИ «ТЕХНОЛОГИИ ВИРТУАЛЬНОЙ И ДОПОЛНЕННОЙ РЕАЛЬНОСТИ» Москва 2019 2 1. Преамбула, введение, общее описание направления развития СЦТ Технологии виртуальной и дополненной реальности (VR/AR-технологии) – ключ к принципиально новому уровню взаимодействия человека с цифровым миром, который играет все большую роль в глобальной экономике, политике, социальных отношениях. В настоящее время VR/AR-технологии получили наиболее серьезное развитие на рынках развлечений и маркетинга, но это не предел, а только первая ступень их внедрения. Наиболее перспективными с точки зрения экономического эффекта являются продукты на основе VR/AR-технологий в сфере промышленного производства, образования, здравоохранения, потребительских сервисов. Результаты анализа, проведенного при разработке настоящей дорожной карты, показали наличие у российских компаний, научно-образовательных организаций существенных технологических заделов, позволяющих претендовать на лидерские позиции на мировом рынке в ряде сегментов. Широкое внедрение VR/AR-технологий способствует развитию экономики страны, существенному повышению производительности и эффективности на промышленных предприятиях в рамках Индустрии 4.0, формированию новых подходов к процессу обучения и повышению уровня образования, качественному повышению уровня здравоохранения и доступности медицинской помощи за счет удаленного присутствия врача. Вместе с этим VR/AR-технологии создают новейшие способы коммуникаций и потребительских сервисов, формируют массовые медиа для современного поколения. Поддержка российских компаний, создающих продукты с технологиями виртуальной и дополненной реальности, позволит создать отраслевые продукты мирового уровня, достичь технологических и экономических преимуществ в критически важных сегментах российского рынка, а также занять существенную долю мирового рынка. Технология виртуальной реальности (virtual reality, VR) – это комплексная технология, позволяющая погрузить человека в иммерсивный виртуальный мир при использовании специализированных устройств (шлемов виртуальной реальности). Виртуальная реальность обеспечивает полное погружение в компьютерную среду, окружающую пользователя и реагирующую на его действия естественным образом. Виртуальная реальность конструирует новый искусственный мир, передаваемый человеку через его ощущения: зрение, слух, осязание и другие. Человек может взаимодействовать с трехмерной, компьютеризированной средой, а также манипулировать объектами или выполнять конкретные задачи. В своей простейшей форме виртуальная реальность включает 360-градусные изображения или видео. Достижение эффекта полного 3 погружения в виртуальную реальность до уровня, когда пользователь не может отличить визуализацию от реальной обстановки, является задачей развития технологии. Технология дополненной реальности (augmented reality, AR) – технология, позволяющая интегрировать информацию с объектами реального мира в форме текста, компьютерной графики, аудио и иных представлений в режиме реального времени. Информация предоставляется пользователю с использованием heads-up display (индикатор на лобовом стекле), очков или шлемов дополненной реальности (HMD) или иной формы проецирования графики для человека (например, смартфон или проекционный видеомэппинг). Технология дополненной реальности позволяет расширить пользовательское взаимодействие с окружающей средой. Технологии виртуальной и дополненной реальности представляют собой сложные технологические разработки, состоящие из субтехнологий. В рамках дорожной карты были выделены ключевые субтехнологии, оказывающие наибольшее влияние на развитие соответствующих СЦТ. Таблица 1 – Определение субтехнологий и их уровень развития в мире и России Субтехнология Определение Уровень готовности в мире в России Средства разработки VR/AR-контента и технологии совершенствования пользовательского опыта (UX) со стороны разработчика Универсальные инструменты разработчиков для комплексного создания VR/AR-решений, включая: универсальные среды разработки, библиотеки цифровых активов, цифровые двойники, аватары и форматы представления данных. Ключевые характеристики на 2019 г.: доля форматов инженерной и иной графики, поддерживаемых универсальным конвертером, – 25 %; процент сжатия графической информации – 20%, полигональный формат; отсутствие отраслевых стандартов, разработанных UX TRL 9 TRL 8 Платформенные решения для пользователей: редакторы создания контента и его дистрибуции Универсальные инструменты пользовательского уровня для создания, редактирования и доставки контента в VR/AR, включая библиотеки шаблонов и цифровых объектов, а также специализированные и универсальные маркетплейсы Ключевые характеристики на 2019 г.: поддержка 30% устройств с системой доставки контента; интеграция с 1 (одним) существующим графическим движком системы доставки контента; 500 сцен (библиотека) и объектов в системе создания контента (конструктор) TRL 7 TRL 6 4 Технологии захвата движений в VR/AR и фотограмметрии Устройства отслеживания, определяющие ориентацию точки взгляда пользователя либо нахождения пользователя, направления его движения и его скорость Ключевые характеристики на 2019 г.: точность позиционирования универсальной системы трекинга в реальном времени при задержке 10 мс на автономном модуле 4 мм; отсутствие специализированных систем трекинга; начальная стадия разработки стандарта и SDK универсальной инфраструктуры позиционного трекинга TRL 9 TRL 7 Интерфейсы обратной связи и сенсоры для VR/AR Средства взаимодействия пользователя с виртуальным миром, передающие реакцию обратно к пользователю через устройства вывода в режиме реального времени. Ключевые характеристики на 2019 г.: принцип системы обратной связи – виброотдача без биометрических данных; 3D-степеней свободы универсальной платформы обратной связи, 3 органа чувств, симулируемых в VR/AR TRL 7 TRL 6 Технологии графического вывода Периферийные устройства (очки, шлемы) и низкоуровневое программное обеспечение, преобразующие результаты обработки цифровых машинных кодов в форму, удобную для восприятия человеком или пригодную для воздействия на исполнительные органы объекта управления. Ключевые характеристики на 2019 г.: разрешение VR/AR-гарнитуры 615 пикселей на дюйм, система визуализации – монофокальная, линейный уровень окружения, точность измерений окулографа при частоте 1000 гц задержки 1 мс и при энергопотреблении 50 мВ – 10 угловых минут TRL 9 TRL 7 Технологии оптимизации передачи данных для VR/AR Совокупность средств, методов и способов, служащих для передачи информации. Ключевые характеристики на 2019 г.: эхотест при проверке качества передачи данных при канале 50 Мбит/сек 50–100 мс TRL 9 TRL 5 Приоритезация субтехнологий между собой и обоснование: При приоритизации субтехнологий эксперты определили целесообразность развития технологий с уже имеющимися существенными заделами: во-первых, базовое программное обеспечение (2 субтехнологии: «средства разработки VR/AR-контента и технологии совершенствования пользовательского опыта (UX) со стороны разработчика»; «платформенные решения для пользователей: редакторы создания контента и его дистрибуции»). Целевые результаты направления «Моделирование VR/AR специфичных объектов и процессов»: 90% любых инженерных и 3D-данных возможно использовать «налету» в VR/AR из любых форматов (в том числе динамических). В текущем состоянии имеются в наличии разрозненные форматы и интерфейсы для САПР не интегрированные между собой. При этом именно 5 российскими компаниями создан существенный задел для такой интеграции и сопоставления цифровой копии с реальным объектом. во-вторых, программно-аппаратные комплексы с достижением целевого результата направления «Full Immersion» (система полного погружения в иммерсивный мир (виртуальную реальность), когда более 50% пользователей виртуальной реальности не могут отличить визуализацию от реальной обстановки (3 субтехнологии: «технологии захвата движений в VR/AR и фотограмметрии», «интерфейсы обратной связи и сенсоры для VR/AR», «технологии графического вывода»); в-третьих, прикладные технологии передачи AR/VR специфичных данных, позволяющие обеспечить быструю передачу данных в VR/AR без задержек и потери качества (субтехнология: «технологии оптимизации передачи данных для VR/AR»). Приоритетными отраслями применения VR/AR-технологий и субтехнологий, важными для социального развития и экономического роста, являются: образование и корпоративное обучение; промышленность и строительство; здравоохранение; массовые потребительские сервисы. Эффекты от развития VR/AR-технологий и субтехнологий (технологическое лидерство, экономическое развитие, социальный прогресс) Развитие VR/AR-технологий обеспечит технологическое лидерство России, особенно в отраслевых сегментах. Создание комплексных решений для здравоохранения, образования, промышленности может обеспечить цифровую трансформацию соответствующих отраслей. Развитие специализированных VR/AR-систем для промышленного сегмента позволит сформировать универсальные мировые стандарты для строительной и нефтегазовой отрасли, машиностроения и добывающей промышленности и др. При этом могут быть достигнуты следующие показатели: сокращение затрат на обслуживание оборудования, сокращение числа ошибок и простоев (до 30%); увеличение эффективности работы с инженерными 3D-моделями, автоматическая конвертация САПР моделей в VR/AR, сокращение срока проектирования (на 30–50%), сокращение срока согласования и строительства объектов (на 7–30%). Достижение указанных показателей подтверждено опытом внедрения VR/AR в международных компаниях, а также в ходе проведения пилотных внедрений в российских промышленных компаниях, например, Газпромнефть. 6 Внедрение VR/AR в образовательном сегменте позволит обеспечить доступные инструменты для пользователей и дополнить обучающие программы интерактивным визуальным VR/AR-контентом в размере до 30% всех образовательных материалов (с приоритетом на предметные области невоспроизводимые в традиционных форматах). Это может привести к следующим эффектам: повышение эффективности онлайн обучения; обеспечение непрерывного профессионального образования;обеспечение доступности качественного образования в регионах. При развитии маркетплейса образовательных проектов возможно получение российскими компаниями 15% мирового рынка VR-образования. В корпоративной сфере применение VR/AR-технологий способно обеспечить создание эффективной системы корпоративного обучения. Например, внедрение тактических симуляторов с VR-технологиями для отработки навыков работы с оборудованием (в том числе обслуживания и управления сложными аппаратами), отработки навыков при ОТиПБ. Имеется существенный технологический задел для внедрения VR/AR-технологий в сфере здравоохранения. Россия может войти в международную повестку с прорывными системами реабилитации пациентов с повреждениями опорно-двигательного аппарата, восстановления после инсульта, борьбы с фобиями и высокоточной диагностики глазных заболеваний. При этом возможно достигнуть снижения числа инвалидов среди работоспособного населения на 7% при реабилитации в VR. Специализированное обучение врачей, обеспечение непрерывного медицинского образования и система удаленного присутствия врача, например, хирурга на операции, позволит уменьшить число врачебных ошибок на 50–80% у прошедших обучение с применением технологий VR/AR. Таким образом, внедрение VR/AR-технологий будет способствовать повышению качества медицинского обслуживания, в том числе в отдаленных регионах страны, и обеспечению максимальной работоспособности населения. Развитие направления пользовательского применения VR/AR позволит сформировать сервисы для социально важных сфер, например, работы с инвалидами (навигация с дополненной реальностью для слабовидящих), развитие культурной составляющей (навигации и экскурсии по городам, музеям). В итоге, это будет способствовать повышению имиджа России как туристическо-привлекательной страны, увеличению посещаемости объектов культуры с привлечением молодежной аудитории. В результате, Россия в перспективе 4–5 лет имеет потенциал стать видимым игроком на международном рынке VR/AR-решений и занять более 15% мирового рынка 7 VR/AR-технологий. Как минимум не менее 3 (трех) российских компании к 2024 году смогут занять более 30% одного из приоритетных рынков. Как максимум российские технологии будут задавать отраслевые стандарты в мире, особенно в направлениях промышленности, медицины и образования. Развитие VR/AR-технологий окажет влияние на место Российской Федерации в международных рейтингах Цифровизации и на повышение итоговой позиции страны : на 56,8% позиции в Глобальном индексе инноваций рейтинга Индекса глобальной конкурентоспособности, на 8,1% позиции в Индексе человеческого капитала, на 74,3% позиции в Индексе инновационного развития Блумберг, на 1–2 ступени в Индексе цифровой конкурентоспособности. Ключевыми рыночными тенденциями и глобальными драйверами развития VR/AR-рынка и субтехнологий являются: растущий интерес к технологии у массовой публики за счет ярких проектов в сфере развлечения и игр; запущенные процессы цифровой трансформации в крупных компаниях; растущий объем венчурных инвестиций в VR/AR-проекты; появление значительного числа стартапов и исследовательских VR/AR-проектов; появление прослойки «ранних последователей» у VR/AR-проектов. Развитие VR/AR-технологий и субтехнологий имеет синергетические эффекты с другими «сквозными» цифровыми технологиями в следующих направлениях: В области взаимодействия с технологиями искусственного интеллекта и больших данных возможно создание алгоритмов воспроизведения в VR/AR голоса и манеры движения любого человека (без участия человека). Как следствие, создание реалистичных аватаров, а также достижение высокого качества погружения в виртуальную реальность. Создание функционирующих в реальном времени цифровых копий отдельных людей повлияет на развитие таких направлений, как телемедицина, технологии удаленного присутствия врача и оцифровка болезней. Взаимодействие VR/AR-технологий с компонентами робототехники и сенсорики будет значимо для дистанционного управления роботизированными системами, проведения дистанционных операций на производстве и в медицине. Развитие технологий позиционирования в VR будет иметь большое значение для развития индустрии автономного транспорта и робототехники. 8 Синергетический эффект технологий VR/AR и технологий беспроводной связи позволит обеспечить бесперебойную работу носимых VR/AR-устройств, увеличить скорость загрузки контента, что расширит возможности рабочей зоны VR/AR-устройств. Взаимодействие VR/AR-технологий с новыми производственными технологиями и промышленным интернетом позволит автоматизировать создание максимально точных цифровых копий предприятий и оборудования, а также быструю интеграцию их в VR/AR. Области взаимодействия VR/AR-технологий с квантовыми технологиями на данном этапе сложно конкретизировать. Возможные эффекты: качественный скачок в точности и/или скорости распознавания объектов, более точная эмуляция сложных природных процессов, ускоренная в разы обработка больших объемов информации. Перечень рисков и ограничений развития заделов по VR/AR-субтехнологиям, создания перспективных российских решений на их базе Риски, способные сузить возможности развития VR/AR-технологии и создания перспективных решений: затруднено привлечение финансирования на развитие технологических проектов в связи с долгим выходом на рынок. Темп роста менее 10х в год (не венчурная модель роста) удлиняет срок выхода новых технологий на рынок; низкий уровень адаптации технологий для пользователей; недостижение целевых показателей VR/AR-технологии; появление принципиально новых технологических подходов в рамках решения схожих задач; недостаточное количество специалистов в сфере VR/AR-технологии, способных квалифицированно применять технологии в рабочем процессе либо использовать в повседневной жизни. Ограничение развития VR/AR-технологий по имеющимся заделам: низкая цифровая грамотность трудоспособного населения. Недостаточное понимание особенностей и возможностей использования VR/AR в профессиональной среде; недостаточное количество специалистов-разработчиков для проектов с VR/AR; закрытость внутренних сетей связи на промышленных предприятиях по нормативам безопасности; 9 долгий процесс согласования пилотных проектов для внедрения в государственных корпорациях и промышленных предприятиях; высокая стоимость создания качественного VR/AR-контента; нехватка VR/AR-контента в потребительских и профильных сферах; отсутствие производимых в России матриц и оптических систем (волноводов), достаточных для создания VR/AR-устройств российского производства; отсутствие отечественных отраслевых стандартов систем проектирования (САПР) и универсальных VR/AR-устройств. 2. Текущее состояние и целевые показатели развития до 2021 и 2024 года (технологические и отдельные экономические) Для эффективного внедрения технологий виртуальной и дополненной реальности необходимо провести ряд мероприятий для достижения целевых показателей развития. Таблица 2 – Целевые технологические показатели развития VR/AR-технологий в разрезе субтехнологий по достижению ключевых точек развития в 2019, 2021, 2024 гг. Субтехнология Ключевые технологические показатели развития Целевой показатель 2019 г. Целевой показатель 2021 г. Целевой результат |