AUGMENTED REALITY KITERJESZTETT VALÓSÁG Czéhner Tamás A Kiterjesztett valóság (Augmented Reality röviden AR) napjaink egyik legdinamikusabban fejlődő kutatási területe. Az AR a valódi fizikai környezetet, azaz az általunk látott világot egészíti ki számítógép által generált virtuális elemekkel, további információkkal. Mindezt valós időben. Ezek a további információk lehetnek szöveg, kép, videó, de akár 3D-s modellek is. Az esszében bemutatásra kerül a kiterjesztett valóság ismertetése: működése, a szükséges hardver és szoftver elemek bemutatása és különböző alkalmazások megemlítése, melyek alapja az Augmented reality technológia. TARTALOMJEGYZÉK Tartalomjegyzék... 1 1 Valóság és számítógépes vitrtualitás... 2 1.1 Bevezetés... 2 1.2 Augmented reality vs Virtual reality... 2 2 Augmented reality... 2 2.1 AR eszköz szükséges elemei... 2 2.2 Működési típusai... 3 2.2.1 Természetes jellemzőkön alapuló AR működése... 3 2.2.2 Marker alapú AR működése... 3 2.3 AR eszközök... 4 2.3.1 Okostelefon, táblagép... 4 2.3.2 Fejen hordható kijelző... 4 2.3.3 Szemüveg (okosszemüveg)... 4 2.3.4 Kontaktlencse... 5 2.4 Felhaszálási lehetőségek... 5 2.5 A kiterjesztett valóság jövője... 6 3 Összefoglalás... 6 4 Irodalomjegyzék... 7 1
1 VALÓSÁG ÉS SZÁMÍTÓGÉPES VITRTUALITÁS 1.1 BEVEZETÉS A kiterjesztett valóság egy viszonylag új, az elmúlt években egyre inkább elterjedő technológia. Nincs kiforrott felhasználási területe, de jövőbe mutató, ötletes megoldásokkal egyre gyakrabban találkozhatunk. Különböző okostelefonokra készült alkalmazások jelentek meg, melyek teljes mértékben kihasználják a technológiát, a felhasználók pedig használják ezen újdonságokat. Találkozhatunk lakberendezési alkalmazásokkal, étterem, szórakozási lehetőségeket kereső programokkal, de a navigáció, sőt az oktatás területén is nagy szerepe van. 1.2 AUGMENTED REALITY VS VIRTUAL REALITY Manapság a számítógépek teljesítményének és a hálózatok kapacitásának fejlődésével egyre inkább előtérbe kerül a valóság és a számítógépes virtuális világ összekapcsolódása valamilyen formában. A valódi környezet és a virtuális világ egyre inkább kiegészítik egymást. A kiegészítés mértékétől függően két különböző fogalmat is meg kell különböztetnünk: Augmented Reality (AR), azaz kiterjesztett valóság, és Virtual Reality (VR), virtuális valóság. Legnagyobb különbség a két technológia között, hogy a virtuális valóságban a felhasználó úgy érzi, mintha egy számítógép által generált környezetben lenne, míg kiterjesztett valóság esetén a valóságot egészítjük ki számítógépes elemekkel. 2 AUGMENTED REALITY A kiterjesztett valóság a valódi és virtuális világ együttes, valós időben történő megjelenése. Egy AR rendszernek a következő jellemzőkkel rendelkezniük kell: valóság és virtualitás kombinálása valós időben interaktív valódi térbe 3D-s objektumok illesztése. Így lehetőségünk van egy kamera által rögzített mozgóképen a felvétel idejében megjeleníteni olyan pótlólagos információkat, melyek valójában nincsenek jelen. Ilyen elem lehet például szöveg, kép, videó és 3 dimenziós modell is. A kiterjesztett valóság világának megjelenítése többféle eszközökkel is történhet. Leggyakrabban egy monitor vagy mobiltelefon kijelzőjén történik a megjelenítés, de ezek mellett fejen hordható és szemüvegbe épített kijelzőkkel is találkozhatunk. Szemüveggel egybeépített kijelző elvén működik a Google Glass is (eredeti nevén Project Glass), amelyről bővebben a további fejezetekben lesz szó. 2.1 AR ESZKÖZ SZÜKSÉGES ELEMEI A kiterjesztett valóság felépítéséhez szükséges elemek négy csoportra oszthatók: input és output eszközök (együttesen kliens), szerver, és adatátvitel a kliens és szerver között. Input eszközök: kamera: a kamerán keresztül válik láthatóvá a valós környezet GPS, iránytű, gyorsulásmérő: pozíció mozgás iránya és sebesség meghatározása céljából érintőképernyő és grafikus felhasználói felület vonalkód, QR kód, vagy egyéb marker Ide tartoznak azok az eszközök, melyek szükségesek ahhoz, hogy a bejövő információt feldolgozzuk. Output eszközök: A kimeneti eszköz lehet mobiltelefon, laptop, táblagép kijelzője vagy akár szemüveg vagy kontaktlencse ilyen típusú megjelenítők esetén. Ezen eszközök célja a nemcsak a valóság, hanem a valóság kiterjesztett, virtuális elemekkel kiegészített képének megjelenítése. 2
Szerver: Az input eszközökön bejövő információ alapján a futó alkalmazás a feldolgozott valóság adatait egy szervernek továbbítja. A szerver feladata, hogy beazonosítsa a valóságot a kapott adatok alapján és hozzáfűzze az általa tárolt információkat. Ezek lehetnek GEO információk, képek, videók, animációk. Ezen információkat visszaküldi a kliensnek, amelyek valós időben jelennek meg a megjelenítő eszközön. Adatátvitel: A kliens és szerver közti adatátvitel az esetek közel 100%-ában vezeték nélküli hálózaton történik. Lehet WiFi, vagy mobilinternet alapú (leginkább 3G, 4G technológiával). 2.2 MŰKÖDÉSI TÍPUSAI Megjelenítésétől függően a kiterjesztett valóság két típusát különböztetjük meg: természetes jellemzőkön alapuló (pozíció és irány alapú) AR marker alapú AR A pozíció és irány alapú AR célja a megjelenítőn a kamera által felvett valóság kiegészítése virtuális elemekkel. A felhasználó érintésére információt közölnek valós időben. GPS-t használó alkalmazások esetén az információk úgy változnak, ahogy a felhasználó mozog a valódi világban. A marker (jelölő) alapú AR során egy speciális alakzat felismerése esetén jelenik meg egy, az alakzathoz rendelt virtuális elem. A kamerát a jelölő körül forgatva a megjelenítőn a 3D-s objektum látható úgy, mintha a virtuális elem körül fordulnánk. A marker leggyakrabban egy QR kód (2 dimenziós vonalkód). A QR kódok előnye, hogy könnyen beolvasható, és szinte bármilyen szögből képes felismerni és azonosítani a kódot. Bonyolultabb markerek is léteznek, pl. egy újság oldala is lehet marker, erre mutat példát a következő ábra. Ábra 2. Pozíció és irány alapú, illetve marker alapú AR A bal oldali ábrán egy pozíció és irány alapú AR alkalmazás képe, míg a középső és jobb oldali ábrán egy egyszerű és egy bonyolultabb marker alapú AR alkalmazás képe látható 2.2.1 TERMÉSZETES JELLEMZŐKÖN ALAPULÓ AR MŰKÖDÉSE Pozíció és irány alapú Augmented Reality alkalmazás során a mobiltelefon GPS koordinátái, beépített iránytű és gyorsulásmérő adatai alapján az alkalmazás azonosítja a készülék pontos helyzetét. A szervernek elküldi ezen adatokat, ami feldolgozás után a közelben lévő pl. üzletekről, éttermekről, látványosságokról, ismerősök helyzetéről, információkat közöl a kliens számára. A kijelzőn ezen információk interaktívan jelenek meg. 2.2.2 MARKER ALAPÚ AR MŰKÖDÉSE Egy marker alapú Augmented Reality alkalmazás esetén egy virtuális objektumot szeretnénk elhelyezni a tér egy adott pontjába úgy, hogy kamerával valós időben megfigyelve az objektum 3 dimenzióban láthatóvá válik, és a kamera mozgásának megfelelően mozog. Elsődleges feladat az élő kamerakép megjelenítése a kijelzőn. A kamerakép képkockáit szkennelve a markert detektálni kell, majd meg kell határozni a marker és a kamera egymáshoz képesti pozícióját, azaz a képfelismerésből képezni kell a pozíció koordinátákat. Ezek után a virtuális 3D objektumot a markerre kell vetíteni. A jelölő és kamera egymáshoz képesti koordinátáiból (pozíciójából) a 3D alakzat minden pontja pontosan meghatározható, így a kamerát a marker körül forgatva a teljes 3D kép körbejárható. 3
2.3 AR ESZKÖZÖK 2.3.1 OKOSTELEFON, TÁBLAGÉP Legelterjedtebb Augmented Rality eszköz az okostelefon. Az okostelefonban megtalálható a kamera a valóság rögzítéséhez, processzor a feldolgozáshoz és műveletek elvégzéséhez, GPS, iránytű, gyorsulásmérő szenzorok, adatkapcsolati lehetőség a szerver felé, és a kijelző. A táblagépek szintén rendelkeznek ezen tulajdonságokkal, azonban nagy előnyük a nagyobb kijelző, amely kényelmesebb használatot tesz lehetővé. 2.3.2 FEJEN HORDHATÓ KIJELZŐ Angol irodalomban Head-mounted display-nek (HMD) nevezik. Ezen eszközökhöz korábban külön energiaforrás is szükséges volt, mára már azonban kis méretben is megvalósítható megfelelő kapacitás. A legmodernebb eszközök gyakorlatilag már nem sokkal nagyobbak egy szemüvegnél. Mérete miatt leginkább otthoni használatra szánt eszköz. Előnye egy szemüvegben megvalósított eszközhöz képest, hogy nagyobb felbontást, jobb minőséget tesz lehetővé. 2.3.3 SZEMÜVEG (OKOSSZEMÜVEG) Az okosszemüveg egy szemüvegbe épített kisméretű számítógép, kamera és a szemüveg kombinációja. A szemüveg lencséje egyben a kijelző. Előnye, hogy mindig viselhető, nem kell a kezünk a használatához és nem szükséges egy külön eszközt elővenni. Ilyen eszköz a Google Glass is, ami android alapokon működik. Bármilyen program írható rá: képeket, videókat nézhetünk és készíthetünk, vagy keresést indíthatunk az interneten, de akár úti célt megadva navigálhatunk is. Összeköthetjük Google+ fiókunkkal, így megvalósul a közösségi média integráció. Ehhez nincs szükség billentyűzetre: található rajta egy beépített mikrofon és egy beszéd értelmező program, amely felismeri a kiejtett szavakat, ezáltal hangvezérléssel működik. A szerverrel interneten keresztül kommunikál. Google Glass szemüveg hardver elemei: processzor grafikus chip 1 GB RAM 16 GB háttértár 5 Mpx kamera 720p videó felbontás 640x360 pixel felbontású projektor, a kép kivetítésére akkumulátor Ábra 3. Google Glass szemüveg, és példa egy futó alkalmazásra 4
2.3.4 KONTAKTLENCSE Bár kereskedelmi forgalomban még nem kaphatóak, de több cég is fejleszt kontaktlencse-alapú AR eszközöket. A kontaktlencsébe épített megjelenítő rendszer képes képeket, videókat, alakzatokat megjeleníteni, akár a teljes látótérben. Az Innovega nevű cég találmánya ennél is többet kínál: a kontaktlencse kiegészült egy szemüveg jellegű eszközzel, amellyel már 3D formák megjelenítésére is képessé válik. Az amerikai védelmi minisztérium nagy összegekkel támogatja a projektet, 2015-ben már szeretné felhasználni, majd a termék nagy valószínűséggel a kiskereskedelmi forgalomban is meg fog jelenni. Az okos kontaktlencse az okos szemüvegnél is közelebb hozza a kiterjesztett valóságot. 2.4 FELHASZÁLÁSI LEHETŐSÉGEK A kiterjesztet valóság felhasználása a világ számos területén lehetséges. Sok reklámmal, marketinggel foglalkozó cég hamar felismerte előnyeit. Magazinokban megjelenő reklámokban találkozhatunk olyanokkal, melyeket egy internetről letölthető alkalmazással lefényképezve extra tartalmakat érhetünk el, pl további képeket, videót, bővebb ismertetőt a termékről. Néhány lakberendezéssel foglalkozó cég kínál olyan okostelefonra telepíthető alkalmazásokat, melyekkel egyes bútorok megjeleníthetők telefonunk képernyőjén úgy, hogy mögötte az aktuális kameraképnek megfelelő hátteret látjuk. Így megnézhetjük, hogy is fest az adott bútor saját lakásunkban, megfelelő méretarányban. A megjelenített tárgyat akár el is forgathatjuk. A következő videón az Ikea áruház AR alkalmazásának bemutatása látható. Ábra 4. Lakberendezési felhasználási lehetőségek Ikea alkalmazás Sok navigációs alkalmazás is alkalmazza a kiterjesztett valóságot: a kamerát valamely irányban tartva megmutatja a közelben lévő éttermeket, üzleteket, vagy akár közlekedési megállókat valós időben. Helyükön, a kameraképen digitális ikonok jelennek meg, melyeket megérintve útmutatót ad helyről, és útvonalat tervez. Valós idejű információkat közlő alkalmazások, amelyek könnyű tájékozódási lehetőségeket nyújtanak. Turizmus, idegenvezetés során is számos lehetőség mutatkozik az AR előnyinek kihasználására. Épületekről, látványosságokról információkat tudhatunk meg anélkül, hogy külön szöveges formában az interneten ré kellene keresnünk. A technológiát nagyon sok helyen használják pl. sportesemények közvetítésekor. Televízió előtt úszás közvetítése esetén nagyon gyakori a medencében a versenyzők nevének kiírása, vagy legújabban a Forma1 közvetítésekor láthatóak közvetlenül az aszfaltcsík mellett megjelenő reklámok, melyek csak a tv képernyőjén láthatóak. 5
Az orvostudományban, oktatásban elsősorban a szemléltetés újfajta alternatívájaként jelent meg. Pl. kémia, biológia órákon óriási segítséget jelent a 3 dimenzióban való megjelenítés. Egy USA-ban lévő kórházban sikeresen tesztelték a Google Glass szemüveget. Fő előnye, hogy az orvos keze szabad, így a beteg vizsgálata egyszerűvé, hatékonnyá válik. Egyes termékeket előállító gyárakban, gyártósoroknál okosszemüveget használva a szerelési útmutatók animálva jelenhetnek meg az összeszerelést végzők előtt, így kisebb a hibázási lehetőség. Ez főként olyan műhelyekben lehet előny, mint pl. az autószerelés, hiszen minden márka eltérő megoldásokkal szereli össze autóit. A szórakoztató ipar is felhasználja a technológia előnyeit: léteznek olyan játékok, melyeknél egy mobiltelefon kijelzőjén megjelenő digitális elemeket kell megtalálni és összegyűjteni a való világban mozogva. Az Augmented Reality a hadsereg számára különösen nagy jelentőséggel bír. Egy okosszemüvegen, vagy okos kontaktlencsén keresztül az információközlés nagymértékben leegyszerűsödik. Nem kell külön eszköz melyet kézzel kell irányítani, a célpontok pedig minden egység számára azonnal megjeleníthetők. 2.5 A KITERJESZTETT VALÓSÁG JÖVŐJE Mivel az Augmented Reality nem egy kiforrott technológia, több területen is fejlesztések várhatók a jövőben. Ezeket a jelenlegi és jövőbeni változásokat foglalja össze a következő táblázat. Táblázat 1. Jövőbeni fejlesztési lehetőségek Szempont Jelenleg Jövőben Számítási kapacitás Képernyőméret Emberi korlátok (látás, ujjméret) Hálózati sávszélesség Akkumulátor Felhasználói eszköz Mobil platformok 10 fps egyes alkalmazásoknál Kicsi Komoly interakciós problémák több generáció számára Nagyrészt HSPA, egyes helyeken 4G Talán a leggyengébb láncszem Nem mindenkinek van egyelőre okostelefonja Töredezettek, kapcsolódásuk nem varratmentes Moore-törvény alapján növekedés Tablet, új technológiák megjelenésével nagyobb Jobb érintőfelület, természetes gesztusok 4G, lényegesen nagyobb sebesség Moore törvénye miatt továbbra is komoly kihívások Tulajdonképpen mindenki számára elérhető Böngészőn látható natív alkalmazások 3 ÖSSZEFOGLALÁS A kiterjesztett valóság egyre nagyobb szerepet tölt be életünkben. Egyértelműen kijelenthető, hogy újabb és újabb terülteken fog megjelenni, ahol leegyszerűsíti a megoldandó problémákat. A Google Glass megjelenése új löketet adott a fejlesztéseknek, ami néhány évvel ezelőtt még scifi-nek hatott, mára a valóság szerves részévé kezd válni. Bárki fejleszthet rá alkalmazásokat, sok kiaknázatlan lehetőség rejlik ezekben a rendszerekben. Nemcsak számítástechnikai környezetben használható, előnyei megjelennek az oktatásban, és felfedezte többek között az orvostudomány is. 6
4 IRODALOMJEGYZÉK [1] Michael Poh, How Augmented Reality Is The Next Big Social Experience, Hongkiat, http://www.hongkiat.com/blog/augmented-reality-next-big-thing [2] Matt Key, Unlocking the potential of Augmented Reality, EngineCreative, http://www.enginecreative.co.uk/insights/unlocking-potential-augmented-reality [3] Kevin Bonsor, How Augmented Reality Works, How stuff works, http://computer.howstuffworks.com/augmentedreality.htm [4] Dr. Kollár Csaba, A kiterjesztett valóság (Augmented Reality) (nem csak) üzleti és marketinges lehetőségei http://www.tupresentacion.net/dr++kollar+csaba++kiterjesztett+valosag++augmented+reality+++nem+csak++uzleti+e s+marketinges+lehet+segei/p/715978 [5] Szabó Tamás, A Jövő technológiája a köz szolgálatában I., Layer11, 2013.02.05, http://layer11.blog.hu/2013/02/05/a_jovo_technologiaja_a_koz_szolgalataban [6] Okosszemüveg és Google Glass portal, http://okosszemuveg.net/ 7