Технологии VR AR

ИТОГОВЫЙ ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ ПРОЕКТ

ПО ИНФОРМАТИКЕ

Технологии VR/AR

Выполнил:

Табунков Мирослав Алексеевич

Ученик 9 класса А

Руководитель:

Крюкова Наталья Юрьевна

учитель информатики

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение        3

Глава 1. История VR/AR технологий        4

1.1 Аспекты AR технологии        5

1.2 Недостатки VR/AR технологии        5

Глава 2. Применение VR/AR технологий        7

2.1 Примеры использования VR/AR технологий        7

2.2 Сравнение VR устройств        9

Заключение        11

Список источников информации        12

Приложение        13

Введение

Виртуальная реальность (VR), дополненная реальность (AR) - это мощные технологии, которые позволяют заменить реальную жизнь на восприятие виртуальной жизни, искусственным образом стимулируя наши чувства и обманывая наше тело в принятии другой версии реальности.

Еще в середине XX людям было необходима воссоздать иллюзию без угрозы здоровью человека. Sensorama была первой VR в истории человечества, но как для новых изобретений она была очень неудобна и была слишком большая, чтобы их размещать дома. Но по мере усовершенствования VR и AR они становились меньше и удобнее и уже в XXI веке.

VR и AR технологии смогли достичь того масштаба, что они стали применимы практически повсеместно, стали доступны большому количеству людей.

Теперь людям были доступны VR технологии и их применение было лишь слово времени, их применение было в нескольких направлениях:

• Обучение в медицине
• Вовлечение в обучение
• Обучение маркетингу
• Сегмент развлечений

Объект проекта: VR/AR технологии

Предмет проекта: VR/AR технологии, их изучение и применение в школьном курсе информатике    

Цель проекта: Собрать информацию о VR/AR, изучить истоки технологии, области  применения VR/AR технологий.

Глава 1. История VR/AR технологий

Виртуальная реальность — это симуляция, генерируемая компьютером, воспроизводится в трехмерной среде или изображении, с которым пользователь может взаимодействовать, физическим или реальным способом с помощью специального электронного устройства.

Виртуальная реальность не появилась недавно. Были попытки в конце 17 и 18 веков. Они не были технологическими по своей природе. Например, в 18 веке несколько художников создали реалистичные произведения искусства, такие как великолепные панорамные изображения батальных сцен и пейзажей. Картины были больше по размеру и создавались в 360-градусном стиле, так что поле зрения наблюдателей было заполнено пейзажами, заставляя их чувствовать себя частью ландшафта перед ними.

Продолжая график развития VR военный инженер Томас А. Фернесс III создал тренажер полета в 1966 году. Он был первым в своем роде.
В 1972 году корпорация General Electric создала компьютерный симулятор полета. С тремя экранами в кабине, устройство было в состоянии предоставить пользователю угол обзора в 180 градусов. Корпорация McDonnell-Douglas использовала виртуальную реальность, когда в 1979 году компания разработала VITAL, шлем HMD для военных. У шлема был трекер, который следил за движением глаз пилота. 

Очки Пигмалиона. Богатое и причудливое воображение писателей может быть использовано для предсказания будущего. Например, «Очки Пигмалиона» были вымышленной историей, написанной Стенли Г. Вайнбаумом в 1930-х годах. По сюжету, у главного героя была пара защитных очков. Нося их, он мог испытать другую среду — виртуальный мир с другим ощущением, вкусом, запахом и голограммами.

1956 год — Sensorama. Идея изобретения возникла еще в 50-е, когда Хайлинг задумался: как показать в кино 100% изображения, а не 20% двухмерного? Для достижения этого он попытался использовать идею другого изобретения 1952 года – «Cinerama», где на полукруглом экране показывалось снятое сразу на три камеры. Но и этого Хайлингу показалось мало, ведь он хотел, чтобы люди буквально «перемещались» в иную реальность. В свой аппарат он добавил объемный стереозвук (использовалось больше двух динамиков), несколько вентиляторов для создания эффекта ветра, испаритель запахов и встроенные в сиденье вибрирующие механизмы, чтобы человек чувствовал неровности и кочки при езде на мотоцикле. Но идея не прижилась: смотреть было неудобно.

1.1 АСПЕКТЫ AR ТЕХНОЛОГИИ

Машина, похожая со стороны на медицинский аппарат для исследования глазного дна, на самом деле является одним из самых первых в мире 3D-дисплеев. Он разработан профессором Мортоном Хейлигом и предназначен для просмотра видео. Так что фактически развитие виртуальной реальности началось с 50-х годов прошлого столетия.

Для чего военные используют технологии AR/VR:

• Обучение. Подготовка личного состава остаётся самой важной частью армейской деятельности. Любой, даже самой умной машине нужен оператор, который примет решение в критической ситуации. Это касается и автоматической винтовки, и атомной подводной лодки с трансконтинентальными ракетами.
• Удалённое управление техникой. Необходимость качественно новых интерфейсов для удалённого управления машинами остро встала перед инженерами ещё в прошлом столетии. Вероятно, все вы видели кадры чернобыльской хроники, на которых ликвидаторы применяют роботов в таких местах, где людям находиться смертельно опасно. Тогда пульт управления машиной был огромным вычислительным шкафом со столом и монохромным монитором для оператора.

Почему стоит обратить внимание на технологию: виртуальная реальность до недавнего времени была популярна в основном среди разработчиков компьютерных игр. Однако в 2017 году все больше компаний за пределами игровой индустрии стали рассматривать AR/VR как технологии, приносящие экономический эффект. Отрасли, в которых проектирование и производство являются основополагающими, стали все чаще прибегать к инструментам виртуальной реальности.

Дополненную реальность (AR), которая позволяет наложить виртуальный мир на реальный, становится популярной в строительстве благодаря использованию мобильных устройств. Шлемы и очки дополненной реальности позволяют буквально «брать с собой» информационную модель (цифровую копию объекта) на стройплощадку и использовать все ее возможности на месте. Стены больше не являются преградой, и строители могут раньше замечать коллизии, сокращать число ошибок и принимать более продуманные решения.

1.2 НЕДОСТАТКИ VR/AR ТЕХНОЛОГИИ

На сегодняшний день VR/AR имеют ряд проблем вот некоторые из них:

• Стоимость. Цена VR/AR технологий очень высока. Поэтому не все могут их позволить.
• Например, мы можем налететь на реальную стену, которой нет в виртуальном мире, или упасть на ровном полу, спускаясь с виртуальной лестницы.
• Также VR/AR вызывает болезни. Например, у кого нарушена работа вестибулярного аппарата лучше не использовать VR/AR. Сюда также можно вписать головные боли если использовать больше 2-х часов, то головные боли будут плохо оказывать на здоровье человека.
• Есть и технические проблемы у умеренных по цене моделей можно увидеть пиксельную сетку. У более дорогих моделей этой проблема не так широко распространена.
• Нагрузка на нервную систему. В ужастиках ощущение страха достигается за счет громких звуков и резкой смены картинки, это может отрицательно повлиять на нервную систему геймера.
• В момент использования VR/AR технологий происходит десинхронизация органов чувств.

Поэтому возможность рассогласования виртуального и реального миров это основная проблема технологии виртуальной реальности.

Глава 2. Применение VR/AR технологий

2.1 ПРИМЕРЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ VR/AR ТЕХНОЛОГИЙ

Медицина.  В апреле этого года в Королевском Лондонском Госпитале была проведена операция по удалению раковой опухоли. Это событие примечательно тем, что весь ход операции транслировался в сеть благодаря очкам Google Glass, которые были надеты на хирурге. 13 000 студентов-медиков не просто наблюдали почти в прямом эфире, но и задавали хирургу вопросы, которые отображались в виде текста на периферии его поля зрения, а он отвечал на них голосом.

Образование. С применением технологий виртуальной и дополненной реальности ученики средних и высших учебных заведений смогут взаимодействовать с предметами в виртуальном пространстве или участвовать в важных исторических событиях. Компания Google бесплатно продвигает в школах свой проект Cardboard, к началу 2016 года готово более 100 учебных программ. Помимо школ, проектами виртуальной и дополненной реальности интересуются многие медицинские образовательные учреждения.

Проектирование. Применение технологий виртуальной и дополненной реальности нацелено на улучшение уже имеющихся компьютерных технологий проектирования (автоматизация производственных процессов, система автоматизированного проектирования). Инженеры смогут проводить предварительное тестирование выпускаемой продукции в виртуальной реальности, благодаря чему снизится конечная стоимость детали. компания Ford начала введение похожих технологий в производство автомобилей еще в 2000 году.

Кино и сериалы. Использование технологий виртуальной реальности полностью изменит уже привычную для нас киноиндустрию: пользователи смогут полностью погружаться в фильм, вместо того чтобы смотреть его со стороны.

Использование VR в промышленности:

• VR часто используется в автомобилестроении для создания макетов новых транспортных средств. Это помогает оптимизировать эргономику корпуса.
• Программисты роботизированных станков прогоняют через VR написанный ими код. Тестирование позволяет отработать технологические процессы на всех стадиях сборки. В последние годы получило распространение проведение краш-тестов в виртуальной реальности, что существенно экономит бюджет.
• VR используют и в других отраслях промышленности. Например, при добыче природных ископаемых и сферах, в которых приходится работать с трехмерным пространством.

Использование VR в архитектуре:

• В этой отрасли раньше всего стали применять погружение в виртуальную среду. Архитекторы просматривают макеты будущего здания, вносят коррективы в конструкцию. Дизайнеры визуализируют интерьеры.
• Застройщикам стало проще взаимодействовать с клиентами. Благодаря VR, покупатель может пройтись по еще не существующим помещениям и даже смоделировать собственный дизайн.
• Компании, применяющие VR, идут на шаг впереди конкурентов, ведь потенциальный клиент хочет увидеть квартиру вживую, даже если дом находится на стадии строительства.

Маркетинг и реклама. При покупке недвижимости или инновационного изделия клиенту порой очень трудно составить представление об объекте продажи. С этой целью маркетологи используют виртуальную реальность. Это прекрасная возможность продемонстрировать продукт со всех сторон, включая сложные технические детали и конструктивы.

Строительство недвижимости – многоступенчатая разработка застроек – теперь стал более простым и визуализированным. Поиск подходящего участка земли, проектирование, учет особенностей инфраструктуры и ландшафта с представлением готового продукта потенциальному покупателю – использование виртуальной реальности – сплошное удовольствие. С ее помощью можно представить проект органам государственной власти и привлечь инвесторов.

Производство автомобилей. Одна из самых интересных разработок называется CAVE (Автоматическая виртуальная среда). Принцип такой. Берется специальная комната квадратной формы, каждая стена которой является проекционным трехмерным экраном. Пользователь, зайдя в комнату, надевает специальные очки и с их помощью может изучать различные 3D-объекты под всевозможными углами. В некотором роде перед нами виртуальная голографическая установка.

Использование VR/AR в школьном образовании. Еще несколько лет назад виртуальная реальность была очень далека от образования. Было сложно даже представить, что VR технологии могут быть интегрированы в образовательный процесс.

Такая задумка казалась слишком футуристичной задачей. Более того, все усложняла стоимость технологий: далеко не каждая школа или ВУЗ могли бы себе позволить использовать виртуальную реальность для улучшения образовательного процесса учащихся. 

Сегодня VR технологии в образовании имеют большие перспективы. VR представляет информацию таким образом, что учащиеся могут воспринимать полноценную трехмерную модель необходимого материала. VR особенно полезна тогда, когда учащимся нужно усвоить большой объем информации. 

Использовать виртуальную реальность в образовании можно по-разному. Например, с ее помощью можно создавать идеальную среду для обучения таким образом, чтобы выпустить высококлассных специалистов в таких узких областях, как медицина, машиностроение, авиация и т. д. Студенты с помощью VR могут делать вещи, которые в реальной жизни было бы делать очень опасно или даже невозможно.

Red box VR. Эта система специально разрабатывалась для взаимодействия с Google Expeditions. С ее помощью можно проводить настоящие виртуальные экскурсии по всему миру. Также разработка предполагает, что вы сможете самостоятельно записать видео в формате 360 градусов. Преимущества системы в централизованном управлении, качестве и прочности, однако, она не умеет распознавать жесты.  Red box VR можно использовать на уроках географии, истории.

VR Chemistry Lab. Данная программа значительно расширит спектр доступных лабораторных работ и с помощью практики и теоретические знания и прикладные задачи. Этот VR можно использовать на уроках химии. С его помощью можно проводить опасные опыты без угрозы здоровью.

MedVR Clinic. В этом VR воссоздается виртуальная клиника. Где можно собирать анализы пациентов чтобы затем их вылечить. Данный VR можно использовать для уроков ОБЖ или биологии.

2.2 СРАВНЕНИЕ VR УСТРОЙСТВ

Мною было протестировано несколько VR шлемов. На основе полученных результатов можно сделать следующие выводы (ПРИЛОЖЕНИЕ 1). Использование VR шлемов может причинять людям дискомфорт. Это может быть связано со слабым вестибулярным аппаратом. А использование шлема людьми со слабым зрением осуществимо только при использовании контактных линз.  Но по мере использования я привыкал и адаптировался к VR технологиям. Дороговизна устройств, а также сложности с их настройкой и подключением может оттолкнуть людей. Также для комфортного использования вам понадобится: в случае Sony PlayStation VR - сама консоль PlayStation 4 или 5 модели и функционал.

 Использование такого шлема ограничивается возможностью консоли. И использование такого VR устройства возможна в играх или просмотрах видео. Другие же шлемы могут требовать подключения к мощному компьютеру, например, HTC Vive. Такие устройства можно использовать не только в качестве развлечения, но и в описанных в параграфе 2.1 областях.

Существуют и другие VR устройства отличительным особенностью будет малая стоимость и наличие только смартфона. Наиболее ярким представителем таких устройств является Google Cardboard. Устройство представляет из себя картонную коробку с двумя линзами и креплениями. Всю остальную работу возьмет на себя экран смартфона. Возможности такого VR шлема ограниченно возможностями смартфона, так как не все модели могут поддерживать VR и качество картинки хуже, чем у полноценных моделей. На гистограмме (ПРИЛОЖЕНИЕ 2) можно увидеть, как за последние 6 лет увеличилась доходность VR/AR рынка. Это о говорит о том, что данный рынок активно развивается. И в недалеком будущем нас ждет всё больше различных VR/AR устройств. По статистике корпорации V.alve пользователи Steam использовали в период июля 2020 – декабря 2021 следующие VR устройства (ПРИЛОЖЕНИЕ 3). По данным GDC (Game Developers Conference) на 2020 год наиболее перспективным устройством среди различных VR/AR шлемов стал Oculus Quest (ПРИЛОЖЕНИЕ 4).

Заключение

В настоящее время VR технологий является передовым способом обучения и развлечения и необходимость улучшение и распространение этой технологии во всех странах.

VR технологии – это новое слово в мире технологий, хоть и требуется еще много времени прежде, чем они станут доступны всем людям. При этом VR технологии дают новые ощущения и взгляд с другой стороны на давно привычные нам вещи, возможность моделировать разные ситуации прежде чем их проводить в реальном мире.

В ходе работы я узнал больше о VR технологий их историю, зарождение и развитие данной технологии.

Проблемы, с которыми я столкнулся в ходе написания проекта: поиск информации, малое количество информации, невозможность протестировать разные VR/AR устройства, т.к. технология по большей части новая. Цель проекта была выполнена.

Список источников информации

1. Википедия: виртуальная реальность [Электронный ресурс] (дата обращения: 15.11.21)
2. Инфоурок: технологии виртуальной и дополненной реальности (VR/AR-технологии) в учебном процессе колледжа [Электронный ресурс] (дата обращения:09.02.22)
3. Циклопеди: VR/AR-технологии [Электронный ресурс] (дата обращения:27.01.22)

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1. Сравнение VR шлемов

Приложение 2. Доход VR/AR рынка

Приложение 3. Шлемы виртуальной реальности

Приложение 4. Рейтинг VR/AR шлемов