«Внутри больше, чем снаружи» – такой фразой можно описать небольшие устройства, способные переместить нас в новый мир или значительно расширить возможности настоящего. Это – технологии дополненной и виртуальной реальности.
Виртуальная реальность, с одной стороны, относительно молодая область науки и техники, а с другой – очень бурно развивающаяся. Из-за этого терминов в ней очень много, но не все из них еще устоялись и хорошо определены. Легко запутаться в аббревиатурах VR, AR, MR и XR. Постараемся распутать этот клубок сокращений.
Виртуальная реальность (VR)
Начнем с самой удаленной от «реальной реальности» технологии. Виртуальная реальность (virtual reality, VR, читается как «виар») – это создание для человека полностью искусственной среды. Желающий погрузиться в VR надевает специальные очки и видит трехмерное изображение на их экране. Реальный мир при этом от него полностью скрыт. Кроме очков, в снаряжение для VR могут входить стереосистемы для воспроизведения звука, а также сложная экипировка. Например, контроллеры в руках, позволяющие взаимодействовать с окружением в искусственном мире, или специальная одежда, воспроизводящая в реальности ощущения из него. В зависимости от особенностей искусственной среды могут присутствовать и другие устройства – например, оружие или руль.
Виртуальная реальность переносит в совершенно другое окружение: это может быть страна, которую вы давно хотели посетить, чудо природы, дно океана, космос или фэнтезийный мир. VR – это когда многое можно: посетить музей, не стоя в очереди и не толкаясь за место у легендарного экспоната; играть в теннис, не покидая квартиры; бороться с инопланетными захватчиками или учиться вождению или полетам без риска повредить машину или самолет.
В самом крайнем проявлении технологии виртуальной реальности будут способны создавать нужные ощущения для всех органов чувств. Помимо зрения, можно будет чувствовать, слышать и трогать объекты виртуального мира. А может быть – даже ощущать их запахи. Такую реальность будет не отличить от настоящей. Но пока технологии полностью на это не способны. Есть только первые наработки - VAQSO VR симулирует разные запахи: рыбы, рамена, женщины и зомби. Ароматы находятся в сменных картриджах, которые «включаются» в нужный момент. А в апреле 2020 года в Университете Карнеги-Меллона представили устройство, способное создавать эффект «трогания» предметов и стен в виртуальном мире. К девайсу прикреплено несколько нитей-струн, имитирующих препятствие или касание мебели и техники. Например, когда рука пользователя находится возле виртуальной стены, устройство натягивает нити, создавая ощущение прикосновения к стене. Точно так же этот струнный механизм позволяет «касаться» виртуальных скульптур, чувствовать сопротивление, когда они двигают мебель или даже «дают пять» виртуальному персонажу.
Дополненная реальность (AR)
В отличие от VR, дополненная реальность (augmented reality, AR, «эйар») не стремится полностью заменить настоящий мир. Но она дополняет его новыми, виртуальными объектами. Устройства для дополненной реальности могут выглядеть как полупрозрачные очки – сквозь них видно, что происходит в нашем мире, а небольшой проектор выводит на стекло дополнительную информацию. Например, время, прогноз погоды или небольшую карту местности для поиска маршрута. Такие очки могут даже делать фотографии и воспроизводить звук. Одно из частных применений – в полиции Китая, где, взглянув на прохожего, офицер увидит всю доступную информацию о нем.
Но для технологий AR очки не обязательны. Увидеть виртуальный объект в реальном мире можно и через камеру телефона. Во всех современных смартфонах есть эта функция. Технологии AR используют дизайнеры и инженеры для работы с 3D-моделями и чертежами – заранее представляя, как будет выглядеть их реализованный проект. Музеи могут использовать AR, чтобы оживить экспонаты. А компания Lenovo обещает представить очки, которые добавят компьютеру несколько виртуальных экранов. Взяв с собой легкий ноутбук и очки, можно будет комфортно работать в любом месте.
В каком-то смысле к дополненной реальности можно отнести фильтры и виртуальные фоны в видеомессенджерах. Почти любая программа для видеосвязи, например Zoom, умеет заменять ваш фон на приятный пейзаж, космос или любое другое изображение. Это тоже не совсем настоящая реальность, и многие с удовольствием используют эту функцию.
Смешанная реальность (MR)
Смешанная реальность (mixed reality, MR, «эм-ар») – чуть более размытый термин. Обычно им описывают смесь реального и виртуального миров. При этом они могут взаимодействовать друг с другом. Например, виртуальный мяч покатится, если к нему «прикоснется» настоящий человек. Объекты смешанной реальности часто можно видеть в музеях. Можно ходить по виртуальной воде, создавая волны и распугивая рыб. Или создавать ландшафты из песка, которые компьютер будет, в зависимости от высоты, превращать в горы, луга или реки.
Иногда MR называют шкалу со всем спектром реальностей. Какие-то из них ближе к цифровому миру (VR), а какие-то (AR) ближе к нашему, физическому. Можно не делить технологии на несколько классов, а расположить их на этой шкале, оценивая близость к тому или иному миру. В зависимости от расположения на ней меняются пропорции реального и виртуального.
Расширенная реальность (XR)
Если нужно сказать что-то о технологиях, которые связаны с реальностями, можно использовать термин XR (Extended Reality, «икс-ар»). Здесь X, как в математике, обозначает переменную. Вместо него можно подставить любую удобную букву: V – для виртуальной, A – для дополненной и M – для смешанной реальности. Если вам интересны все эти технологии сразу, можно просто сказать «Я увлекаюсь XR», а не перечислять все.
Термин полезен еще и потому, что у AR, VR и MR много общих проблем. Решение одной из них поможет развитию всех технологий сразу. Одна из трудностей – огромная вычислительная сложность виртуального окружения. Даже интернет-браузер на ноутбуке требует большого количества оперативной памяти для нормальной работы. В XR тоже можно пользоваться Интернетом, только там он трехмерный. Представьте, насколько компьютеру непросто это обрабатывать. Именно из-за этой проблемы устройства для XR не удается сделать по-настоящему компактными. Им нужно уметь быстро передавать на компьютер и обрабатывать большое количество информации, в связи с чем увеличиваются их размеры.
От «перегруза» страдают не только компьютеры. Люди испытывают те же проблемы. Возникает слишком много новых впечатлений: дополнительная информация перед глазами в AR или целый новый мир в VR вызывают быструю усталость. Поэтому устройствами XR сложно пользоваться несколько часов подряд. Кроме этого, людей может тошнить от виртуальной реальности. Буквально! Это происходит из-за несоответствия ощущений от разных органов чувств. Например, в игре вы можете падать, а в реальности – стоять на месте. Противоречивая информация от вестибулярного аппарата и глаз приводит к дискомфорту – совсем как при морской болезни.
Но прогресс не стоит на месте. Проблемы постепенно решаются, а устройства становятся удобнее, компактнее и качественнее. Развитие других, смежных технологий также способствует улучшению XR. Быстрый Интернет и лучшие энергоносители позволят избавиться от очков и расширять реальность, используя контактные линзы. А совершенствование экранов удешевляет и делает все менее отличимым от реальности VR. Все это в будущем станет доступнее и перевернет наше представление о работе, развлечениях и образовании. Но самое главное – не забыть в этом чудесном новом мире про RR: реальную реальность. В ней тоже много прекрасного.
Александр Красюк, специалист Лаборатории «3D-образование» Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ):
– Главное отличие в том, что VR погружает человека в полностью визуальное пространство (визуальный мир, созданный руками человека), а AR – добавляет к уже существующему миру какой-то контент. Чтобы воспользоваться VR, нужно надеть на человека оборудование и полностью «отключить» его от реального мира. Шлем переключает органы зрения, наушники – слух, а нательные датчики помогают естественнее ощущать себя в виртуальном мире и управлять не только «головой», но и телом. С помощью нательных устройств удается создать имитацию обратной связи: касания, температурные изменения, существуют различные затрудняющие движения устройства: перчатки, которые имитируют ощущения «держания в руке» какого-то предмета, различные беговые дорожки, замедляющие человека на подъеме, и прочие. Тут все только начинается, но уже есть рабочие прототипы. Насколько мне известно, еще нет хорошего универсального решения по запахам.
Дополненная реальность требует одновременно и видеть реальный мир, и проецировать на него какие-то объекты и контент. Поэтому это всегда камера + экран (мобильные устройства), либо стекло очков, чтобы видеть мир напрямую глазами. Из особенностей можно выделить то, что требуются довольно серьезные технические характеристики устройств, чтобы быстро производить расчеты, рендер и «совмещение» картинок. Поэтому сейчас нет действительно компактных носимых девайсов.
Также сложность с очками – проецировать AR через глаза нельзя из-за особенностей каждого человека: например, у всех разное фокусное расстояние и положение глаз относительно стекла очков. Также нельзя делать дополненную реальность на окнах автомобилей. Например, проецировать информацию об объектах, которые мы видим сквозь лобовое стекло во время езды: режим работы магазина, количество свободных мест на парковке или реклама ресторанов. Все сидят в машинах на разном расстоянии от стекла, на разной высоте и так далее. Из-за эффекта параллакса (изменение видимого положения объекта относительно удаленного фона в зависимости от положения наблюдателя) нам не удастся совместить все. В этом плане телефоны и планшеты выигрывают – там совмещаются изображение с камеры и контент, поэтому все четко совпадает.
С XR возникают сложности, потому что тут придумали термин, а что он означает - никто не понимает до конца. Это некое объединение всех существующих реальностей. Сложно ответить на вопрос, куда это дальше выльется. Я бы ждал появления быстрого Интернета, чтобы устройствам не приходилось производить расчеты, а они могли отдавать их на удаленные серверы и моментально получать результат обратно. Тогда можно будет думать о контактных линзах, которые решили бы все проблемы с точным позиционированием, размерами девайсов и удобством использования.
Это новость от журнала ММ «Машины и механизмы». Не знаете такого? Приглашаем прямо сейчас познакомиться с этим удивительным журналом.
