Дополненная реальность: зри вглубь

Космическая отрасль нуждается в реструкторизации – притоке новых технологий, разработке.

Технологии дополненной реальности стоят на пороге массового применения. Забавные мобильные приложения для планшетов и смартфонов, «расширяющие» реальность, были только разминкой. На подходе – гаджеты, которые, возможно, навсегда изменять то, как человек смотрит на окружающий мир.

Google вот-вот начнет продажи тестовой версии устройства, известного как «Гугл-очки» (Google Glass), которое было разработано в лаборатории компании, занимающейся футуристическими технологиями. Один из основателей Google Сергей Брин с весны прошлого года неоднократно щеголял на различных мероприятиях в прототипе очков, поэтому о них уже многое известно. С первого взгляда – это обычные очки, только без привычных стекол; напротив одного из глаз к дужке прикреплен прозрачный «брусок»… На самом деле очки – это компьютер, работающий под управлением операционной системы Android и сравнимый по мощности с современными смартфонами, а «брусок» — это дисплей, на который выводится «дополняющая» информация, которая для пользователя устройства будто бы накладывается поверх картинки окружающего мира. Отсюда и название технологии, лежащей в основе: расширенная или дополненная реальность, по-английски — augmented reality или AR для краткости.

У такого комбинированного пространства, совмещающего объекты реальные и синтезированные компьютером, синтезированные компьютером, есть еще одно название: опосредованная реальность – в том смысле, что создается она при посредничестве компьютера. И пусть вас не удивляет многообразие терминов: от первых неуклюжих лабораторных концептов до первых продуктов для широкого рынка AR-технология добиралась ни много ни мало пятьдесят лет!

Идеей совместить реальное и виртуальное исследователи заболели еще в 1950-е годы прошлого века. Тогда американский кинематографист и изобретатель Мортон Хейлиг<СНОСКА1> сконструировал симулятор Sensorama — устройство, которое подробностях воспроизводило ощущения от поездки по улице города на мотоцикле: стереоскопический кинопроектор выдавал реалистичную трехмерную картинку, электромоторы – создавали вибрацию и наклон, вентиляторы – встречный ветер; были предусмотрены также «запахи города», которые сопровождали мотопрогулку. Чуть позже, в 1968-м, профессор Гарварда Айвен Сазерленд со студентами построил первый прозрачный компьютерный дисплей дополненной реальности под названием «Дамоклов меч», который пользователь мог носить на голове. Носить, впрочем, достаточно условно: дисплей был так тяжел и громоздок, что приходилось поддерживать его специальным подвижным кронштейном, который был закреплен на потолке лаборатории (отсюда и название).

Мортон Леонард Хейлиг (1926-1997) считается «отцом виртуальной реальности». Пытаясь создать кинематограф будущего, он сконструировал и запатентовал в 1962 году симулятор Sensorama, который сегодня назвали бы прообразом 4D-кинотеатров.

То были разработки, сильно опередившие время, и коммерческий успех им, конечно, не грозил. Хейлиг так и не смог заинтересовать инвесторов, которые напрочь отказывались понимать, каким образом можно использовать его аппарат в коммерческих целях. Разработка Сазерленда не смогла выйти из стен лаборатории – в прямом смысле, ибо этому мешал кронштейн, без которого носить на голове такой дисплей было невозможно.

Понадобилось двадцать лет, чтобы развились смежные технологии, которые позволили перевести разработки в области дополненной реальности в практичную плоскость. Начиная с 1980-х годов далеко не последнюю роль в прогрессе AR-технологий сыграл канадский профессор Стив Манн из Университета Торонто – оригинал, каких еще поискать (вполне может статься, что именно он был прототипом доктора Брауна из фантастической трилогии «Назад в будущее»). В чем ему не откажешь — так это в упрямстве. Вот уже тридцать лет Манн конструирует носимые компьютеры (то есть такие, которые всегда с пользователем и всегда активны, помогая обрабатывать поступающую информацию) и всюду таскает их с собой, между делом совершая открытия, выдумывая новые термины и устройства. Стива Манна интересует не столько сама электроника, сколько ее полезные применения. Начинал он с неуклюжей вычислительной машины для помощи фотографу, да так и стал пионером практической AR. Сегодня его компьютеры взаимодействуют с пользователем через электронные «очки», которые Стив называет EyeTap. Круг замкнулся: инженеры Google, создавая свои Glass, наверняка черпали вдохновение в работах Манна.

Технологии иллюзий

Чтобы понять, почему на переход от идеи к продуктам  потребовалось столько времени, попробуйте представить себя на месте разработчика. Нетрудно сделать так, чтобы текст на дисплее казался «парящим» в воздухе: достаточно укрепить полупрозрачный дисплей поближе к глазам. Поставьте два дисплея, по одному на каждый глаз, и появится стереоскопический эффект: можно управлять глубиной картинки, удаляя или приближая «парящий» в пространстве текст. Но это только половина задачи. А что если мы пожелаем «дополнить» пространство искусственным объектом? Скажем так: пользователь стоит на паркетном полу, куда необходимо «положить» виртуальный кирпич. Как добиться того, чтобы нарисованный кирпич казался покоящимся на настоящем паркете?

Очевидно, что компьютер, синтезирующий изображение, должен «видеть» пространство перед собой и уметь распознавать реальные объекты. Задача нетривиальная, требующая значительного объема вычислений. Вот почему вплоть до XXI века ее не удавалось решить в полном объеме. Лишь с появлением сравнительно мощных мобильных компьютеров — смартфонов — расширенная реальность вышла из лабораторий. Сегодня среднестатистический смартфон оснащен видеокамерой, способен точно определять свои координаты на местности, производит сотни миллионов операций в секунду и, что тоже важно, способен работать автономно, без подзарядки, несколько часов. Идеальное устройство для дополненной реальности!

Давайте взглянем на два самых, пожалуй, известных мобильных приложения, использующих принципы расширенной реальности. Это «браузер» Wikitude и переводчик WordLens (оба приложения доступны в версиях для iOS и Android). Идея Wikitude просто до гениальности: включаете камеру на смартфоне, направляете ее в интересующем вас направлении — и прямо поверх ландшафта получаете информацию о расположенных поблизости потенциально интересных объектах (кафе, памятниках архитектуры и проч.). Как это сделано? Wikitude определяет ваше местоположение через GPS, сверяется со встроенным в смартфон компасом, чтобы понять, в каком направлении вы смотрите, после чего извлекает из баз данных в Интернете сведения о располагающихся вдоль луча зрения объектах.

WordLens работает похожим образом. Столкнувшись с надписью на незнакомом языке, вы направляете на нее смартфон, WordLens распознает и переводит фразу, после чего стирает с изображения на экране старую надпись и наносит на нее переведенную. Естественно, вы напряженной работы электронного мозга не замечаете, а просто наслаждаетесь полезным результатом, полученным с минимумом усилий.

Это лишь два самых известных примера, но по мере того, как мобильные компьютеры наращивают вычислительную мощь, появляется все больше и приложений, так или иначе использующих элементы AR-технологии. Поиск по словосочетанию «augmented reality» выдает тысячи результатов и в Apple App Store, и в Google Play. Вполне ожидаемо, что большинство из них — игры или развлекательные приложения. Скажем, в стартовавшей минувшей осенью глобальной многопользовательской ролевой игре Google Ingress дополненная реальность помогает игрокам увидеть то, чего на самом деле не существует: фантастические «энергоструктуры», то тут, то там образующиеся на улицах городов. Смартфон играет роль волшебной линзы, сквозь которую можно рассматривать чужеродные объекты.

Если вам больше по душе спокойные развлечения, попробуйте приложение Minecraft Reality — AR-вариацию знаменитой игрушки, позволяющую поместить собранный из виртуальных кубиков объект в настоящий мир (вроде игрушечного автомобиля перед вашим домом или самолета над рабочим столом). Или воспользуйтесь приложением Sharky the Beaver, чтобы понаблюдать, как забавный зверек путешествует по вашему дому.

Несерьезно? Возможно. Зато расширенная реальность выглядит для обычного пользователя достаточно свеж<о’>, чтобы подстегнуть продажи. Так что Nintendo, например, сделав ставку на AR-функциональность в игровой консоли 3DS, надеется таким образом выжить в схватке со смартфонами. А Google с помощью Ingress, предположительно, и вовсе собирает бесценные сведения о местности, которые потом сможет с пользой применить для уточнения своих навигационных сервисов.

Однако вернемся к техническим аспектам. Массовые мобильные устройства, как ни жаль, все еще недостаточно мощны и автономны для расширенной реальности. Игры реализуют AR-технологию достаточно грубо, поэтому им достаточно вычислительных мощностей современных смартфонов и планшетов. Но когда речь заходит о серьезных AR-приложениях, способных распознавать объекты и тонко манипулировать графикой, требования к мощности резко возрастают (а с ними растут и требования к емкости аккумулятора). В карман такой компьютер пока не положишь. Посмотрите на Стива Манна, который специализируется как раз на серьезных применениях AR: очки EyeTap за тридцать лет эволюционировали в изящное устройство, но работать их по-прежнему заставляет увесистый компьютер, подвешенный к поясному ремню.

И вот тут очень важный шаг сделала Google. Инженеры компании решили переложить значительную часть вычислений на «облако», то есть выполнять их не на носимом компьютере, а передать через интернет в вычислительный центр компании. Вот оно, главное отличие ориентированных на массового потребителя Google Glass от научных EyeTap: очки Google обслуживаются суперкомпьютером, а потому и выглядят изящней, и работают дольше, и функционально наверняка будут богаче.

Строго говоря, никто не знает точно, какие именно задачи будут решать Google Glass. Однако, отталкиваясь от функциональности EyeTap и опираясь на туманные намеки Google, можно предположить, что главной задачей очков станет — буквально! — дополнение реальности актуальными в данный момент и данном месте сведениями. Бросили взгляд на окно? Перед глазами всплывет прогноз погоды на день. Посмотрели на настенные часы? Ваши Glass распознают их и нарисуют рядом напоминание о запланированных встречах. Сели за руль? Бегущая стрелка, парящая над дорогой, укажет кратчайший маршрут. И так далее, вплоть до распознавания знакомых лиц (и автоматической иллюстрации их данными из социальных сетей) и рекомендаций относительно покупок («А вот эти кеды можно купить дешевле в магазине X»). А за этим уже стоит большой бизнес-интерес!

Расширитель продаж

Расширенную реальность, будь она реализована электронными очками, планшетом или смартфоном, можно коммерциализовать, что называется, в лоб. Скажем, «повесить» в поле зрения пользователя приличествующую месту рекламу или любой другой проплаченный контент. Этим занимается, в частности, голландская контора Layar (ее продукты есть в магазинах приложений iOS и Android, полюбопытствуйте на досуге), но назвать такой подход успешным можно лишь с большой натяжкой.

Вместо грубых, прямых попыток «заработать влегкую» на AR-технологии стоит попытаться формализовать концепцию. Дополненная реальность дает возможность представить человеку информацию, актуальную для данного места в наиболее легкой для восприятия форме — «вписанной» в реальность. Следовательно, определяющим элементом AR является контекст: совокупность текущих условий, координат, времени, без привязки к которым, без анализа которых виртуальные объекты на дисплее теряют смысл. Прелесть в том, что контекст, помноженный на возможности расширенной реальности, обретает новый смысл и новые горизонты.

В сегодняшней цифровой вселенной контекст — это, главным образом, содержимое веб-страниц и поисковые запросы интернет-пользователей. Но, с пришествием AR-технологии, контекстом смогут стать объекты и события реального мира. Лица прохожих, вывески на зданиях, товары на прилавках, скорости и направления, сила, температура, ориентация в пространстве, момент – и любые мыслимые их сочетания и производные. Научив компьютер распознавать окружающую реальность, мы получаем невиданную свободу действий — и огромный коммерческий потенциал.

Реклама? Что ж, вообразите контекстную рекламу для пользователя AR-устройства. Ее можно по старинке привязать к ключевым словам: скажем, при попадании в поле зрения брэнда X, выводить соответствующий ему слоган, либо фотографию продукта. Но почему бы не привязать ее к объектам — и, к примеру, демонстрировать баннер производителя автомобилей, когда мимо пользователя проносится велосипедист? Или наоборот, когда перед глазами оказывается автомобильная пробка (объект нового уровня сложности: скопление автомобилей компьютеру нужно уметь распознать), рекламировать пользователю велосипед? Это безграничное поле для фантазии и огромная новая рекламная площадка, научиться работать на которой только предстоит. Вот, кстати, для чего Google электронные очки: став законодателем мод в области AR, компания сможет расширить свой рекламный бизнес дальше компьютеров, планшетов и смартфонов.

Другое ценное свойство расширенной реальности — возможность подать знакомый продукт с невиданной стороны. Вы бывали в официальных салонах Lego? Загляните. Там установлены специальные Digital Box – дисплеи с камерой, которые занимаются AR-продвижением. Магазины Lego используют дополненную реальность для живой, быстрой демонстрации того, что можно построить из кубиков. Посетитель подходит с коробкой в руках к устройству и показывает ее камере. И видит на экране, как коробка словно оживает прямо в его руках: на ней крутятся карусели, ездят поезда, гуляют игрушечные человечки. Это вам не плоские картинки на картоне! И вот уже посетитель становится покупателем.

Сотворить это маленькое чудо Lego помогли ребята из немецкой компании Metaio, которая специализируется на разработке прикладных инструментов дополненной реальности. Тоже, кстати, хороший бизнес: у нее десятки крупных клиентов, начиная от телеканала, устроившего для своих зрителей игровое путешествие в средние века (а всего лишь нужно поставить на смартфон приложение и направить камеру на телеэкран) и заканчивая музыкантами Black Eyed Peas, «оживившими» с помощью AR-приложения обложку своего нового альбома.

Но можно копнуть и еще глубже. Человек от природы не приспособлен для обработки больших массивов данных. Вспомните: в центре мегаполиса, где движется все и вся, бывает нелегко даже коренным горожанам: это потоки информации обрушиваются на наши головы, мешая сосредоточиться, действовать быстро. Поможет расширенная реальность. Распознав, проанализировав, обобщив и выделив цветом ключевые объекты и процессы в окружающем пользователя пространстве, AR-устройство облегчит принятие решений. И не так важно, какое именно это будет устройство и о каком именно решении идет речь: смартфон в руках туриста, ищущего кафе, электронные очки на голове строителя, сверяющегося с планом, или, скажем, лобовое стекло автомобиля, несущегося по магистрали (в этом направлении работают Toyota, General Motors, Daimler). Важно, что человек получит возможность реагировать быстро, адекватно, минимизируя риск упустить что-то важное.

Включите фантазию — и вы увидите, что расширенную реальность можно с пользой применить в каждой области человеческой деятельности. Ювелирные изделия и одежду легче продавать через Сеть, если покупатель сможет виртуально «примерить» пиджак или кольцо.  Сотрудник техподдержки по телефону скорей объяснит клиенту, что не так с недавно купленным принтером, — его фигурка «появится» в электронных очках покупателя и укажет, на какую именно кнопку следует нажать. А школьникам будет легче усвоить сложный учебный материал, если компьютер покажет им динозавров, шествующих по партам, или 3D-модели химических соединений, висящих в воздухе. Дизайнерам и архитекторам станет проще контролировать процесс материализации проектов, а хирургам — вести операции. Слабовидящих AR-поводырь проведет от дома до магазина, подсказывая маршрут и зачитывая вслух или увеличивая мелкие надписи…

Все перечисленное либо уже реализовано и доступно через магазины приложений, либо уже разрабатывается. Фанатики науки вроде Манна не беспокоятся о коммерциализации, а продолжают выдавать находку за находкой, оставляя продуктовую стадию компаниям и энтузиастам. Важно, что критическая масса идей и вычислительной мощи набрана, и аналитики наперебой обещают расширенной реальности оглушительный успех в следующие пять лет (миллиарды скачанных приложений, миллиардные прибыли). Изменит ли технология дополненной реальности мир? Очень вероятно. И сейчас удачный момент, чтобы подключиться к общему штурму этой высоты. Будет весело и интересно. Но и споткнуться, конечно, тоже придется не раз.

Горе от ума

Обширных дебатов на тему «минусов» расширенной реальности до сих пор не было. Понятно почему: роль AR в жизни обывателя и бизнеса ограничена играми и немногочисленными прикладными инструментами. Пока что это — опция, от которой мы можем в любой момент отказаться. Однако представьте, что будет лет через пять, если и когда Google Glass и подобные устройства станут такими же распространенными, как сегодня смартфоны. Этот вопрос хорошо проработал уже знакомый вам Стив Манн, много лет фактически не расстающийся с электронными очками. Накопленный им негативный опыт можно разделить на две категории: субъективно-физическую и правовую.

В первом случае речь об ощущениях пользователя. Проблема, как ее видит Манн, в том, что продолжительное использование AR-очков (скажем, на протяжении значительной части дня) определенно влияет на нервную систему. Ведь носимый компьютер, помогая анализировать обстановку вокруг, фактически расширяет наши органы чувств, а в результате человек словно бы «срастается» с машиной. Снимая очки, Манн испытывает целую гамму неприятных ощущений: от чувства «обнаженности» до пространственной дезориентации и тошноты. Стив фиксирует все это беспристрастно, как ученый, но представьте, каково придется простому человеку!

Обозначился и правовой конфликт. За годы экспериментов, Манн неоднократно сталкивался с непониманием, либо осознанным неприятием окружающими его «расширенных» электроникой возможностей. Последний раз он попал в заголовки минувшим летом: сотрудники парижского «Макдональдса» вытолкали его за дверь после того, как Стив со своими неизменными электронными очками отказался «прекратить съемку». Как вы понимаете, видеокамера — неотъемлемая часть AR-очков. И коли уж случившееся с Манном привело к громкому скандалу и горячей дискуссии о том, насколько законен запрет на фото- и видеосъемку на частной территории, представьте, что будет, когда очки дополненной реальности станут массовым устройством!

Расширенная реальность добавляет застарелому спору о правах и свободах новых красок. Можно ли считать, что человек умышленно «фотографирует» окружающих, если он просто пользуется своими AR-очками? Можно ли требовать от пользователя AR-очков, носящего их по необходимости (скажем, по предписанию врача, как в случае с Манном: EyeTap помогают ему лучше видеть, ориентироваться и запоминать), отключать устройство в общественном месте? А как быть, если вместо очков дисплеем служат контактные линзы (эксперименты по выводу изображения на контактных линзах уже ведутся)?

А ведь времени на раздумья почти не осталось. Вариант Google Glass, предназначающийся для разработчиков, попадет на прилавки в начале 2013 года по цене около 1 500 долларов. К концу 2013-го, как ожидается, Google завершит разработку очков и выпустит их массовую версию, причем стоимость должна быть сравнима со средним смартфоном. Это очень важный момент, ибо он более или менее гарантирует, что публика рискнет раскошелиться на экспериментальную в общем-то технологию.

Простое в обращении, дешевое, практичное AR-устройство легко установит новый мобильный тренд: публика, еще не закончившая переход с сотовых телефонов на смартфоны, начнет миграцию на очки дополненной реальности. Сформируется новый сектор программного обеспечения, начнется соревнование интерфейсов (голос? жесты? направление взгляда? — что лучше, что удобней для AR?), будет дан новый толчок микроэлектронике и технологиям беспроводной связи.

Изменит ли расширенная реальность мир к лучшему или к худшему, нет никаких сомнений в том, что изменения будут необратимы. Google работает над AR-очками официально, открыто. Но еще добрая дюжина игроков, начиная от электронных гигантов с мировыми именами и заканчивая группами энтузиастов (вроде Explore Engage), которые работают над тем же втихомолку. Microsoft ухитрилась запатентовать обобщенную конструкцию AR-очков. А Apple, если верить некоторым аналитикам, вливает миллиарды долларов в исследования и фабрику по производству своего AR-устройства.

Не прекратилась и эволюция самой технологии. Ученые работают теперь над следующей вариацией расширенной реальности, которую, если угодно, можно назвать AR-технология 2.0. Задача — научиться очень точно привязывать виртуальные объекты к точкам в реальном пространстве и максимально реалистично их рисовать. Ни одно из сегодняшних массовых решений точностью и реалистичностью похвастаться не может: в играх особенно заметна «дешевизна» реализации принципов AR, когда нарисованные объекты дрожат и смещаются относительно реальных предметов. Пользователь AR 2.0 не сможет отличить «синтетику» от реальности. В США такие исследования по-прежнему финансируются военными, но результат должен оказаться полезным для любых серьезных применений. Медицина (компьютер дает хирургу во время операции визуальные подсказки), строительство (объемный чертеж возводимого здания в масштабе 1:1 «парит» прямо над стройплощадкой), архитектура и ландшафтный дизайн (каждый новый элемент сперва проецируется на реальность для «примерки») — пожалуй, варианты применения технологии можно обнаружить в любой сфере деятельности.

Прогнозов много, но ведь и прогнозы тоже всего лишь проекция ожиданий на реальный мир. Индустрии AR сегодня требуются уже не столько ученые, сколько фантазеры, способные мыслить неортодоксально. Только они сделают расширенную реальность по-настоящему реальной.

rbanews