Толықтырылған шынайылық технологиясы. Толытырылан шынайылы технологиясы мні, ралдары жне іске асыру дістері
 Скачать 0.53 Mb.
|
|
Толықтырылған шынайылық технологиясы: мәні, құралдары және іске асыру әдістері Толықтырылған шынайылық технологиясының жұмыс принципі белгілі бір виртуалды объектіні (графика, мәтін, аудио, видео және т.б.) нақты уақыт режимінде қоршаған әлемнің нақты объектісіне қою механизмінен тұрады. Осы саладағы зерттеу бағыты айқын анықталған терминмен белгіленеді – Augmented Reality (толықтырылған шынайылық), қысқартылған – AR-технологиясы. Толықтырылған шынайылықты қолданатын қосымшалар жақында кең танымал болғанына қарамастан, бұл технологияны ең жаңа деп айту қиын. ХХ ғасырдың 70-ші жылдары Гарвард университетінің профессоры А.Сазерленд оқушыларімен бірге бір шынайылықты (табиғи) екіншісіне (виртуалды) толықтыруға мүмкіндік берді (сурет. 1). Қазіргі уақытта IT сарапшылары толықтырылған шынайылық тұжырымдамасын, оның ішінде толықтырылған шынайылық және виртуалды шынайылық, жұмыс және оқу процестерін, әлеуметтік және бос уақытты сүйемелдеуді ұйымдастыруға деген көзқарастарды түбегейлі өзгертуге мүмкіндік беретін дамудың негізгі трендіне бөледі.  Сурет 1. Толықтырылған шынайылық көзілдірігі Бүгінгі таңда толықтырылған шынайылық контекстік ақпаратты визуализациялаудың қуатты құралы және оны адамға жеткізудің эргономикалық әдісі болып табылады. AR технологиясын қолдану қазіргі уақытта бизнес және ойын-сауық салаларында жиі кездеседі: жарнамалық стендтер мен анимациялық презентациялар жасалуда, 3D модельдері жасалуда, негізгі және нақты кәсіби дағдылар тренажерлері күрделі инженерлік және қолөнер жұмыстарына нұсқаулық қолдау және тағы басқалар. Мысалы, бүгінгі таңда смартфондар мен планшеттерді пайдаланушылар өз бөлмелерін, пәтерлерін, үйлерін белгілі бір жиһаз дүкенінен жиһазбен «жабдықтауға» мүмкіндігі бар, сондықтан әлеуетті сатып алушылар интерьердің осы немесе басқа нысаны оларға қаншалықты сәйкес келетінін түсінеді. Әрине, компьютерлік технологияның дамуы оқу технологиясына әсер ете бастайды, олардың құралдары мен әдістерін байытады, оқу процесінің мүмкіндіктерін кеңейтеді. Кейбір виртуалды нысандарды бастапқыда жоқ белгілі бір ортаға орналастыру ерекше білім беру тәжірибесін модельдеуге мүмкіндік береді. Сонымен бірге, толықтырылған шынайылық технологиялары әлі күнге дейін пәнді оқу-әдістемелік қамтамасыз етуді ұсынудың «экзотикалық» құралы болып табылады. Бұл көбінесе ақпаратты көрсету үшін графикалық пайдаланушы интерфейсінің көрінісін қамтамасыз ететін экран арқылы адам-компьютерлік өзара әрекеттесуді ұйымдастырудың ерекшеліктеріне байланысты шектеулерге байланысты. Шынайылық технологиясын танымал ету компьютерлік сауаттылықтың жалпы деңгейін арттыруға, ақпараттық технологияларды адам қызметінің барлық салаларына таратуға, мобильді компьютерлік құрылғылар мен ойын индустриясының қарқынды дамуына ықпал етеді. Сонымен, технологияның нағыз серпілісі «Pokemon Go» ойыны шыққаннан кейін орын алды: қоршаған ортаға 3D объектілер мен арнайы белгілердің қойылуы пайдаланушылардың үлкен қызығушылығын, теле және әлеуметтік желілерде резонанс тудырды. Неміс зерттеушілері Д. Шмальстиг және Д. Вагнер толықтырылған шынайылыққа алғашқы мобильді құрылғыларды бейімдегенін ескерсек, ХХІ ғасырда қолдану салалары әртүрлі салаларда, соның ішінде кадрларды даярлауға, автомобильдердің құрылысына, дизайнына клиенттерді тартуға арналады. Толықтырылыған шынайылықтың ең кең таралған технологиясы ол маркетинг саласы. Потенциалды сатып алушыда ұсынылған өнімді сатып алуға деген ұмтылыс пайда болуы үшін оған тауарды кез-келген қызығушылық тұрғысынан жеке зерттеуге мүмкіндік беру қажет. Бұған AR технологиясы көмектеседі. Мысалы, оның көмегі арқылы бүгін сіз киім мен түрлі аксессуарларды киіп көруге, түрлі косметика немесе макияж, шаш, тіпті автокөлікті сынап көре аласыз. Геолокация және туризм саласында да толықтырылған шынайылық технологиясы кеңінен таралған. Бүгінгі таңда көптеген смартфондарда Gps навигаторлар бар, сонымен қатар мамандандырылған құрылғылар бар. Ғарыштағы құрылғыны бақылау функциясының арқасында толықтырылған шынайылық технологиясы жерді шарлауға, маршрут жасауға, кездескен көрікті жерлер туралы ақпаратты зерттеуге мүмкіндік береді. Осы типтегі ең көп таралған бағдарлама – «2Gis» жүйесі. Толықтырылған шынайылық медицинада да белсенді қолданылады. Негізінен мұндай қосымшалар білім беру мақсатына ие: әрине, медициналық сипаттағы білімді тәжірибеге енгізу осы технология көмектесетін қарапайым нәрселерден басталуы керек. Мысалы, пальпация процесін үйретуге мүмкіндік беретін «Palpsim AR» бағдарламасы бар. Сонымен қатар, кез-келген сенсорсыз науқастың жағдайын бақылауға мүмкіндік беретін Artechnologies-ті қолдануға негізделген бағдарламалық жасақтама әзірленді. Сәулет пен құрылыста толықтырылған шынайылықты қолдану өте перспективалы. Осы технологияны қолдана отырып, сурет салған сәулетші планшеттің немесе смартфонның экранында оның негізінде болжанған нәтижені көруге мүмкіндік алады. Бұл мүмкін клиенттерге немесе сатып алушыларға болашақ жұмыс нәтижелерін көрсетуге мүмкіндік беріп қана қоймайды, сонымен қатар пайдалы, өйткені дұрыс салынбаған сурет бірден анықталады және бастапқы кезеңде құрылыс кезінде бірқатар қателіктерден аулақ болуға болады. Толықтырылған шынайылық технологиясы ойын индустриясында қолданылады. Пайдаланушының қоршаған ортасына виртуалды шынайылықты қабаттастыруға негізделген тапсырмалар өте танымал, оның жарқын мысалы ретінде «Pokemon Go» ойынын атауға болады, ол толықтырылған шынайылықтың Gps меткаларына негізделген смартфондардағы ойын болып табылады. Толықтырылған шынайылық технологиясы өнеркәсіптің әртүрлі түрлерінде, соның ішінде авиация мен автомобильдерде қолданылады. Бұл технологияны қолдану автомобильдер мен басқа да жабдықтарды өндіруге кететін уақытты едәуір қысқартады, сонымен қатар өндіріс қателерін азайтады. Мысалы, Boeing компаниясының баяндамасының деректеріне сүйене отырып, «Google Glass»-ты пайдалану өндіріс уақытын төрттен бір бөлікке қысқартуға және қателер санын екі есеге қысқартуға мүмкіндік берді, ал «OPS Solutions толықтырылған шынайылық проекциялық жүйесі» Fiat Chrysler Automobiles (FCA) концернінің жұмысшыларына құрастыру процесінің әрбір кезеңінде келесі қадам туралы көрнекі ақпарат алуға мүмкіндік берді. Жақында толықтырылған шынайылық туралы балалар кітаптары танымал бола бастады. Мұндай кітаптарды дүкеннен сатып алуға немесе интернет арқылы тапсырыс беруге болады. Сатып алынған кітап үшін арнайы жасалған қосымшаны жүктеп алып, оны смартфонға немесе планшетке орнатып, пайдаланушыға кітапта басылған суреттерді «жандандыру» мүмкіндігі беріледі. Мысалы, мұндай басылымға «Орман шынайылыққа толы 3D кітабы». Толықтырылған шынайылық білім беруде де қолданылады. Бұл тақырып диплом жұмысының екінші тарауында айтылады. AR Қосымшаларының принциптері. Толықтырылған шынайылық жұмысының ерекшелігі-ол бағдарламалық түрде екі тәуелсіз кеңістікті визуалды түрде біріктіреді: нақты объектілер әлемі және компьютерде жасалған виртуалды әлем. Жаңа виртуалды орта бұрын бағдарламаланған виртуалды нысандарды камерадан бейне сигналдың үстіне қою арқылы қалыптасады және арнайы маркерлерді қолдану арқылы интерактивті болады. Толықтырылған шынайылық технологиясы ойын-сауық және жарнамалық мақсаттар үшін ғана емес, сонымен қатар қосымшалар медициналық, әскери, білім беру салаларында да бар. Толықтырылған шынайылық технологиясының негізі оптикалық трекинг жүйесі болып табылады. Бұл жүйе камераны «көздері», ал маркерлер «қолдар» деп елестетуге болатындығын білдіреді. Әр маркер үшін белгілі бір әрекет немесе 3D нысаны бағдарламаланған. Сапалы, жақсы маркерлер-бұл камера кейінірек оқитын көптеген ерекшеліктері немесе нүктелері бар суреттер: бұл маркерлер арасындағы шатасуды болдырмау үшін қажет. Осылайша, камера нақты әлемдегі маркерлерді таниды, оларды виртуалды ортаға оқиды, бір (виртуалды) шынайылықты екіншісіне қояды және осылайша толықтырылыған шынайылық әлемін жасайды. Қазіргі уақытта толықтырылған шынайылық технологиялары үш бағытта дамуда: «Маркасыз» технология (сурет.2). Ол арнайы тану алгоритмдері бойынша жұмыс істейді, онда виртуалды «тор» камера түсірген қоршаған ортаға қойылады. Мұндай торда бағдарламалық алгоритмдер виртуалды модельді немесе нысанды нақты орынды анықтауға көмектесетін арнайы анықтамалық нүктелерді табады. Бұл технологияның артықшылығы-нақты әлем объектілері өздері маркерлер болып табылады, яғни арнайы визуалды идентификаторларды құрудың қажеті жоқ. Осы технологиядағы белгіні таңдаудағы басты критерий-кескін немесе объект өздігінен және қоршаған ортаға қатысты қарама-қайшы болуы керек, камера оларды басқа белгілер арасында дұрыс тануы үшін жеткілікті қолдау нүктелеріне ие болуы керек.  Сурет 2. Маркерсіз технологияны қолдану кезінде сапалы белгінің мысалдары 1. Маркерлерге немесе белгілерге негізделген технология (3 - сурет). Бұл технология ыңғайлы, өйткені маркерлер камерамен оңай танылады, сонымен қатар виртуалды модель үшін орынды қатайтады. Бұл технологияны пайдалану кезінде сәтсіздіктер ықтималдығы аз. Маркер құрылымы мен сыртқы түрі бойынша QR кодтарын еске түсіреді, олар сонымен қатар толықтырылған шынайылық технологиясының бөлігі болып табылады. Маркерлік технологияны (ең қарапайым және танымал) келесі процестермен сипаттауға болады: нақты әлем объектісін камерамен түсіру және бейне ағынын компьютерге беру; компьютердің бағдарламалық жасақтамасының бейне кескін кадрларын талдауы және арнайы белгілердің (маркерлер, триггерлер) болуын іздеу; маркерлерге қатысты камераның орнын есептеу; бейнекадрдағы виртуалды объектіні салу; виртуалды объектінің маркерінің орнында көрсету.  Сурет 3. Маркерді технологияларды пайдалану кезінде сапалы белгілердің мысалдары 1. GPS белгілеріне байланыстыру технологиясы. Кез-келген смартфонда объектінің орналасқан жерін бақылайтын GPS сенсоры бар. Виртуалды объектінің орны оның кеңістіктегі координаттарымен анықталады. Егер GPS координаттары виртуалды объектінің координаттарына сәйкес келсе, бағдарлама іске қосылады. Кеңістіктік технология қоршаған кеңістіктегі реперлік нүктелерді анықтауға және GPS геолокация жүйелерін қолдана отырып, пайдаланушының салыстырмалы жағдайын есептеуге негізделген. Ашық кеңістіктегі координаттар виртуалды объектінің орнын анықтайды. Толықтырылған шынайылық элементтерін әзірлеудің маркерсіз технологиясын қолдануды таңдау керек, өйткені мұндай кескіндер олардың құрылымында арнайы белгілердің болмауына байланысты оқушының назарын аударады, яғни іс жүзінде толықтырылған шынайылық технологияларымен таныс емес адамдар үшін белгілі бір «ғажайып» орын алады: қарапайым сурет 3D объектісіне, бейнеге немесе басқа элементке айналады. Сонымен қатар, маркерсіз технологияны қолдану белгілі бір тақырыпты зерттеу және оған қатысты практикалық жұмыстарды жүргізу кезінде оқу орындарында қолданылатын көрнекі баспа материалдарын әдістемелік бөлікке енгізу тұрғысынан қосымша артықшылықтарға ие. Толықтырылған шынайылық жүйелерін жіктеу және салыстыру. Толықтырылған шынайылықты дамыту құралдары бағдарламалық өнімдердің кең спектрімен ұсынылған. Әр құралдың негізіндегі технологиялар, әдетте, айтарлықтай айырмашылықтарға ие. Толықтырылған шынайылық технологияларын қолдана отырып қосымшаларды әзірлеу үшін келесі қол жетімді тәсілдер бар: a) нысандарды бақылау, суретке түсіру, тану және өңдеудің әртүрлі алгоритмдерін қамтитын және әртүрлі құрылғылар мен платформаларды қолдайтын дайын кітапханаларды пайдалану; b) кеңістікті сканерлеу және объектілерді оптикалық тану, пайдаланушының орналасқан жерін анықтау, деректер массивтерін сақтау (мысалы, маркерлер) үшін бағдарламалық жасақтамаға қол жеткізуге мүмкіндік беретін браузерлерді (ақылы / ақысыз) пайдалану. Суретті тану және бақылау – бұл шынайылық қосымшаларының негізгі функциясы. Мобильді бағдарламалық жасақтамаға камераны көру алгоритмдері және суреттерді бақылау үшін жасанды интеллект кіреді. Көптеген жақтаулар сонымен қатар iOS немесе Android платформаларына бағытталған (мысалы, Windows-пен үйлесімді құралдарды таңдау өте шектеулі). Қазіргі заманғы смартфондар геолокациялық модульдермен де, жоғары ажыратымдылықтағы камералармен де жабдықталған, сондықтан мобильді құрылғылар үшін толықтырылған шынайылық қосымшаларын жасау оңайырақ. Виртуалды кескіндер мен графикалық эффектілерді жасау Unity ойын қозғалтқышы немесе OpenSceneGraph сияқты көп функциялы құралдарды қолдануды қажет етеді. Таңдау модельдендірілген мазмұнның графикалық тұрғыдан қаншалықты күрделі болуына байланысты. 1-кестеде кейбір қолданыстағы SDK (software development kit) – әзірлеу құралдары жиынтығының салыстырмалы сипаттамалары келтірілген Ar-қосымшалар. Бұл жағдайда жұмыс нәтижесі-Google Play немесе AppStore-да орналастырылған жеке бағдарлама. кесте.
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||