Rzeczywistość rozszerzona (AR) i wirtualna rzeczywistość (VR) – różnice i zastosowania

Rozszerzona rzeczywistość i wirtualna rzeczywistość trafiają zwykle do jednego worka z napisem “technologie immersyjne”. Rozwiązują jednak zupełnie inne problemy. Najprostszy test, który je rozdziela, brzmi: czy po założeniu sprzętu nadal widzisz swój pokój.

W rozszerzonej rzeczywistości widzisz – a na obrazie otoczenia pojawiają się dodatkowe elementy. W wirtualnej pokój znika. Gogle zasłaniają pole widzenia i pokazują wyłącznie obraz wygenerowany przez komputer. Z tego jednego rozróżnienia wynika reszta: inny sprzęt, inne zastosowania i inne granice komfortu.

Rozszerzona rzeczywistość jako cyfrowa warstwa na obrazie otoczenia

Encyklopedia Britannica opisuje rozszerzoną rzeczywistość jako łączenie obrazu wideo lub fotografii z nałożonymi na niego danymi generowanymi komputerowo. Technicznie wygląda to zwykle tak: urządzenie pobiera obraz z kamery, a na nim rysuje w czasie rzeczywistym grafikę trójwymiarową.

Najczęściej cytują definicję, którą sformułował Ronald Azuma. Wymaga ona od systemu rozszerzonej rzeczywistości trzech cech naraz:

• łączy świat realny z rzeczywistością wirtualną,
• jest interaktywny w czasie rzeczywistym,
• umożliwia swobodę ruchów w trzech wymiarach.

Żeby grafika trafiła we właściwe miejsce, aplikacja musi wiedzieć, gdzie właściwie jest. Starsze rozwiązania opierały się na markerach, czyli punktach odniesienia, które rozpoznaje kamera. Początkowo były to łatwe do wykrycia symbole i wzory, na przykład kod QR. W 2017 roku pojawiła się technologia bezmarkerowa. Wyznacza ona płaszczyznę na podstawie wzorców kolorystycznych i nietypowych kształtów widocznych na oglądanej powierzchni, a dodatkowo korzysta z czujników samego urządzenia: odbiornika sygnału GPS, kompasu i żyroskopu.

Wirtualna rzeczywistość jako pełne zanurzenie zamiast dodatku

Britannica definiuje wirtualną rzeczywistość jako wykorzystanie modelowania i symulacji komputerowej, które pozwala człowiekowi wejść w interakcję ze sztucznym, trójwymiarowym środowiskiem wizualnym albo oddziałującym na inne zmysły. Sam termin ukuł Jaron Lanier. Razem ze Steve’em Brysonem opisał go jako tworzenie efektu interaktywnego, trójwymiarowego świata, w którym obiekty dają wrażenie przestrzennej obecności. Literatura streszcza to czasem trzema słowami: interakcja, zagłębienie i wyobraźnia.

Sprzęt załatwia resztę. Obraz dostarczają gogle z dwoma miniaturowymi ekranami, po jednym na oko, co daje widzenie stereoskopowe i wrażenie oglądania komputerowo wygenerowanego świata w 360 stopniach. Zestaw kontrolerów i czujników obsługuje sześć stopni swobody, czyli przekazuje jednocześnie informację o pozycji w trzech wymiarach i o orientacji w kolejnych trzech.

Zestawienie obu technologii kryterium po kryterium

Różnice najłatwiej zobaczyć obok siebie. Tabela zbiera te kryteria, które ważą przy wyborze technologii do konkretnego zadania.

Rzeczywistość mieszana i wspólny parasol pojęciowy

Między jedną a drugą technologią mieści się rzeczywistość mieszana. Łączy elementy obu podejść i pozwala wirtualnym obiektom wchodzić w interakcję z rzeczywistymi. Różnica względem rozszerzonej rzeczywistości dotyczy stopnia integracji: rozszerzona dokłada warstwę do otoczenia, a mieszana tworzy nowe środowisko, w którym elementy realne i wirtualne przenikają się nawzajem. Z tym podejściem kojarzy się Microsoft HoloLens.

Nad wszystkim rozpięty jest termin poszerzonej rzeczywistości, czyli XR. Obejmuje wirtualną, rozszerzoną i mieszaną rzeczywistość oraz pokrewne technologie. Przydaje się wtedy, gdy mówimy o całej rodzinie rozwiązań, a nie o konkretnym urządzeniu.

Gdzie sprawdza się rozszerzona rzeczywistość

Jej naturalne środowisko to sytuacje, w których informacja musi być przywiązana do miejsca albo do przedmiotu. Stąd zastosowania w:

• medycynie, gdzie obrazowanie daje lekarzom dostęp do danych o strukturze i czynności narządów wewnętrznych pacjenta,
• lotnictwie, gdzie instrumenty pokładowe pokazują pilotom dane o ukształtowaniu terenu widocznego przed maszyną,
• motoryzacji, gdzie informacje z komputera pokładowego lub nawigacji trafiają na przednią szybę, dzięki czemu kierowca nie odrywa wzroku od drogi,
• przemyśle, gdzie pracownik usuwa awarię zgodnie z instrukcją wyświetlaną na żywo w inteligentnych okularach, wprost na naprawianym obiekcie,
• muzealnictwie, gdzie eksponat bywa oznakowany kontekstem historycznym albo miejscem odkrycia,
• handlu, gdzie klient przymierza ubranie wirtualnie albo ogląda mebel we własnym wnętrzu przed zakupem,
• marketingu, gdzie markery bywają elementem kampanii.

Historia tej technologii zaczyna się wcześniej, niż sugerują aplikacje mobilne. Nagłowne wyświetlacze rzutujące dane z przyrządów na osłonę kabiny stosowano w samolotach wojskowych i czołgach. W połowie lat 90. stacja Fox Broadcasting nakładała na transmisje futbolu amerykańskiego żółtą linię pierwszej próby, a także wizualizowała tor lotu krążka hokejowego i piłki golfowej.

Gdzie sprawdza się wirtualna rzeczywistość

Tutaj wartością jest odcięcie od otoczenia. Symulowane środowisko pozwala odtworzyć warunki trudne, kosztowne albo niebezpieczne i przećwiczyć je bez ryzyka. Powstają dzięki temu symulacje dla pilotów, treningi wojskowe oraz modele prac remontowych, konstrukcyjnych i medycznych. Ich scenariusze przebiegają w warunkach ekstremalnych, ale całkowicie bezpiecznych dla zdrowia i życia.

Medycyna sięga po nią dwojako. Chirurdzy korzystają z interaktywnych szkoleń, a terapeuci stosują wirtualne środowiska przy leczeniu oparzeń (wirtualny świat Snow World), fobii oraz zespołu stresu pourazowego. Poza medycyną technologia ta służy do prototypowania, w tym do pracy na modelach CAD. Rozrywka to osobna gałąź: symulatory, gry pierwszoosobowe i światy, po których jednocześnie porusza się wielu graczy.

Ograniczenia i komfort korzystania

Gogle mają jedną wadę wpisaną w konstrukcję. Mózg dostaje sprzeczne sygnały: między ruchem głowy zarejestrowanym przez zestaw a obrazem wysłanym na ekran powstaje opóźnienie, a błędnik informuje o położeniu inaczej, niż wynika to z obrazu. Dochodzi do tego rozbieżność między tym, jak ustawiają się oczy, a tym, jak zbiegają się oba obrazy stereoskopowe. Na co dzień oko fiksuje na przedmiotach oddalonych od około 28 milimetrów do nieskończoności, tymczasem wyświetlacz tworzy obraz wirtualny w stałej odległości. Im bardziej immersyjny system, tym trudniejszy powrót do zwykłego patrzenia.

Dłuższa stymulacja impulsami wizualnymi 3D może wywoływać różne reakcje organizmu, zwłaszcza gdy doznania wzrokowe rozmijają się z grawitacyjnymi. Przy wielogodzinnych sesjach dochodzi obciążenie stawów i kręgosłupa. Ten tekst ma charakter informacyjny i nie zastępuje konsultacji ze specjalistą.

Rozszerzona rzeczywistość ma inny słaby punkt. Cała jej precyzja opiera się na tym, czy urządzenie rozpozna marker albo poprawnie wyznaczy płaszczyznę. Gdy kamera nie znajdzie punktu odniesienia, grafika nie osiądzie tam, gdzie powinna. Informacja przestaje być przywiązana do obiektu, więc traci sens.

Jak wybrać między jedną a drugą technologią

Decyzja rzadko dotyczy tego, która technologia jest lepsza. Częściej chodzi o dopasowanie do zadania. Pomagają cztery pytania:

• Czy odbiorca musi widzieć otoczenie? Jeśli treść dotyczy realnego przedmiotu, miejsca albo czynności wykonywanej rękami, zostaje rozszerzona rzeczywistość.
• Czy zadaniem jest odtworzenie sytuacji, której nie da się bezpiecznie wywołać naprawdę? Wtedy wybierz pełne zanurzenie.
• Jaki sprzęt ma grupa docelowa? Rozszerzona rzeczywistość działa na smartfonie i tablecie, wirtualna wymaga gogli.
• Jak długa ma być pojedyncza sesja? Przy długim kontakcie z goglami zaplanuj przerwy i uwzględnij opisane wyżej ograniczenia fizjologiczne.

Najczęściej zadawane pytania

Co to jest technologia AR i do czego służy?

Rozszerzona rzeczywistość to system łączący świat rzeczywisty z obrazem generowanym komputerowo, zwykle przez nałożenie grafiki trójwymiarowej na obraz z kamery w czasie rzeczywistym. Służy do dokładania informacji tam, gdzie jest potrzebna: na maszynie podczas naprawy, na szybie samochodu, na eksponacie w muzeum albo na produkcie przed zakupem.

Na czym polega VR?

Wirtualna rzeczywistość polega na modelowaniu i symulacji komputerowej, dzięki którym człowiek wchodzi w interakcję ze sztucznym, trójwymiarowym środowiskiem. Otoczenie fizyczne znika z pola widzenia. Obraz w 360 stopniach dostarczają gogle z dwoma miniaturowymi ekranami dającymi widzenie stereoskopowe.

Jakie są zastosowania okularów VR?

Gogle znajdują zastosowanie w kilku obszarach:

• symulacje lotnicze i treningi wojskowe,
• modele prac remontowych, konstrukcyjnych i medycznych prowadzone w warunkach bezpiecznych dla zdrowia i życia,
• interaktywne szkolenia chirurgów,
• terapia, między innymi przy leczeniu oparzeń, fobii i zespołu stresu pourazowego,
• prototypowanie, w tym praca na modelach CAD,
• rozrywka, od symulatorów po gry dla wielu graczy.

Jakie są wady okularów VR?

Największym problemem pozostaje konflikt zmysłów. Pojawia się opóźnienie między ruchem głowy a obrazem, a wzrok i błędnik sygnalizują co innego. Obraz wirtualny powstaje w stałej odległości, choć oko przyzwyczajone jest do ciągłej zmiany ostrości. Dłuższa stymulacja impulsami wizualnymi 3D może wywoływać reakcje organizmu, a przy wielogodzinnych sesjach dochodzi obciążenie stawów i kręgosłupa.

Źródła:

• Britannica – Augmented reality: Definition, Examples, & Facts
• Britannica – Virtual reality (VR): Definition, Development, Technology, Examples, & Facts
• Wikipedia – Rzeczywistość rozszerzona
• Wikipedia – Rzeczywistość wirtualna
• Play – Rozszerzona rzeczywistość: co to jest i czym się różni od VR
• VRpoint – Czym różni się AR od VR? Wirtualna i rozszerzona rzeczywistość
• SeeMyModel – VR, AR, MR, XR: porównanie wszystkich technologii