Uvod u proširenu stvarnost

Krovni pojam i tri okruženja pod njim

Kad se u tehničkom razgovoru spomene proširena stvarnost, gotovo redovito se pojave i virtualna i miješana stvarnost. Nazivi zvuče slično i često se koriste nemarno, pa je prvi posao razgraničiti ih. Krovni je pojam produžena stvarnost (extended reality, XR). Pod njega ulazi svako okruženje u kojem se stvarni prostor i računalno stvoreni sadržaj pojavljuju zajedno ili u kojem jedan zamjenjuje drugi.

Produžena stvarnost nije zaseban uređaj ni zasebna tehnika. To je zajednička ladica u koju stavljamo tri okruženja koja dijele istu osnovu: računalo prati gdje je korisnik i prema tome crta sliku. Razlika je u tome koliko od stvarnog prostora ostaje vidljivo i koliko računalo o tom prostoru zna.

Iz tablice se vidi da razlika nije u imenu nego u onome što uređaj radi s prostorom. Virtualna ga stvarnost zamjenjuje, proširena ga dopunjuje, a miješana ga mjeri i uzima u obzir. Zato je moguće da se ista aplikacija na jednom uređaju ponaša kao proširena, a na drugom kao miješana stvarnost — ako drugi uređaj ima dubinski senzor, a prvi nema.

U hrvatskom se nazivlju za extended reality koriste i naziv proširena stvarnost u širem smislu i naziv produžena stvarnost. U ovom se sadržaju dosljedno koristi produžena stvarnost za krovni pojam, a proširena stvarnost samo za okruženje u kojem se sadržaj dodaje pogledu na stvarni prostor.

Kontinuum stvarnog i virtualnog

Najkorisniji način da se ta tri okruženja poslože jest zamisliti ih na jednoj crti. Na jednom kraju crte je potpuno stvarno okruženje, u kojem nema nijednog računalno stvorenog elementa. Na drugom je kraju potpuno računalno okruženje, u kojem nema nijednog stvarnog. Sve između njih razlikuje se po udjelu digitalnog sadržaja u onome što korisnik vidi.

Taj raspon naziva se kontinuum stvarnog i virtualnog (reality–virtuality continuum). Opisala ga je početkom devedesetih godina skupina istraživača oko Paula Milgrama, pa se u literaturi navodi i kao Milgramov kontinuum, i od tada je uobičajen način razvrstavanja rješenja. Pojam je koristan jer pokazuje da granice nisu oštre: između proširene i miješane stvarnosti nema crte koju bi bilo moguće povući istim mjerilom za svaku primjenu.

Na crti se vidi i pojam koji se rjeđe spominje: proširena virtualnost (augmented virtuality). To je okruženje u kojem je osnova računalna, a u nju se ubacuju dijelovi stvarnog svijeta — primjerice slika vlastitih ruku snimljena kamerom, prikazana unutar inače potpuno virtualne scene. Takva se rješenja u industriji koriste rjeđe, ali pokazuju da smjer dopunjavanja ide na obje strane.

Za praktičan rad kontinuum ima jednostavnu poruku. Prije nego što se odabere uređaj i programska podrška, treba odgovoriti gdje na crti zadatak leži. Ako korisnik mora vidjeti stroj koji popravlja, rješenje je lijevo od sredine. Ako se uči postupak bez stroja, rješenje je desno.

Prekretnice u razvoju tehnologije

Proširena stvarnost nije nastala odjednom. Svaka od prekretnica riješila je jedan problem koji je do tada sprječavao primjenu, a tek je zbroj svih dao uređaj koji tehničar danas nosi u ruci.

U pregledu se pojavljuje i pojam okvira za proširenu stvarnost (framework). To je gotova programska osnova koja aplikaciji daje praćenje, prepoznavanje mete i opis prostora, pa ih razvojni tim ne mora pisati iznova. Okvirima je posvećena jedinica 2.6.

Vrijedi zapaziti redoslijed. Najprije je riješen prikaz, zatim praćenje, pa tek onda prijenosnost. Najdulje se čekalo na posljednji korak jer je tražio senzore i procesore koji stanu u uređaj mase nekoliko stotina grama i troše malo energije. Upravo je zato većina današnjih industrijskih primjena izvedena na tabletu, a ne na naočalama.

Po čemu se prepoznaje proširena stvarnost

Nije svaki digitalni sadržaj na zaslonu proširena stvarnost. Ako aplikacija na tabletu prikaže sliku prihvatnice i popis koraka, to je elektronička uputa, korisna ali obična. Da bi se govorilo o proširenoj stvarnosti, moraju biti ispunjena tri uvjeta istodobno.

• Spajanje stvarnog i digitalnog. Korisnik u istom pogledu vidi i stvarni predmet i dodani sadržaj. Nije riječ o prebacivanju između dvaju prikaza.
• Rad u stvarnom vremenu. Sadržaj se osvježava dok se korisnik kreće, bez primjetnog zaostajanja. Snimka obrađena naknadno nije proširena stvarnost.
• Poravnanje u tri dimenzije. Sadržaj je vezan uz mjesto u prostoru, a ne uz kut zaslona. Strelica koja pokazuje vijak mora ostati na vijku i kad se tehničar pomakne.

Treći je uvjet najzahtjevniji i po njemu se rješenja najviše razlikuju. Prva dva ispunjava i jednostavna aplikacija koja preko slike kamere nacrta naziv stroja u gornjem kutu. Tek kad se sadržaj mora držati predmeta, počinju pravi problemi: prepoznavanje, praćenje, procjena položaja i pogreška poravnanja.

Iz ta tri uvjeta izlazi i mjerilo uspjeha. Rješenje je dobro kad korisnik prestane primjećivati tehniku. Ako mora zastati, pričekati, pomaknuti tablet pa ponovno pokušati, tehnika je postala sadržaj, a to je uvijek znak da nešto u lancu ne radi dovoljno brzo ili dovoljno točno.

Lanac od kamere do slike

Iza svake slike proširene stvarnosti stoji isti niz koraka. Kamera snimi sličicu, program u njoj potraži poznatu metu ili obilježja prostora, iz njih izračuna gdje je uređaj, prema tom položaju postavi virtualnu kameru u sceni, nacrta digitalni sadržaj i preda gotovu sliku zaslonu. Cijeli se niz ponavlja za svaku sličicu, dakle najmanje trideset puta u sekundi.

Brojevi na slici primjer su raspodjele za tablet iz projekta AR-1. Zbroj je važniji od svakog pojedinog koraka: ako prijeđe vrijeme između dviju sličica, uređaj počinje preskakati sličice, slika postaje isprekidana, a sadržaj vidljivo zaostaje za pokretom. Zato se u razvoju mjeri svaki korak posebno i najprije se skraćuje onaj najdulji.

Iz lanca se vidi i zašto se proširena stvarnost tako brzo kvari u lošim uvjetima. Ako je premračno, prvi korak daje šumovitu sličicu i drugi korak ne nađe metu. Ako je model pretežak, četvrti korak potroši previše vremena. Ako je kamera zamućena zbog brzog pokreta, drugi i treći korak daju pogrešan položaj i sadržaj odskoči s predmeta.

Zajednički zadatak modula: projekt AR-1

Da bi pojmovi imali težinu, kroz cijelo se područje provlači isti zadatak. Projekt AR-1 traži upute proširene stvarnosti za zamjenu prihvatnice na robotu ZR-1. Robot ima šest osi, nosivost 20 kg i doseg 1650 mm te radi u ćeliji paletizacije uz CNC glodalicu. Tehničar tabletom snimi natpisnu pločicu na ogradi ćelije i dobije osam koraka zamjene, korak po korak, poravnatih s dijelovima na koje se odnose.

Uz veličine uređaja idu i ciljevi koje rješenje mora ispuniti: najmanje 30 sličica u sekundi, kašnjenje od pokreta do slike ispod 20 ms i pogreška poravnanja do 5 mm na udaljenosti od 0,5 m. Osvjetljenje radnog mjesta u pogonu kreće se između 300 i 750 lx, a ispod 120 lx praćenje se gubi.

Smještanje primjene na kontinuum

Prije nabave opreme korisno je grubo procijeniti gdje zadatak pada na kontinuumu. Procjena se svodi na tri pitanja: koliko digitalnog sadržaja korisnik mora vidjeti, koliko stvarnog prostora mora ostati vidljivo i mora li se sadržaj ponašati kao predmet u prostoru.

Prikaz namjerno ne daje oštru granicu. Pokazuje razred okruženja i udio stvarnog prostora koji ostaje vidljiv, jer su upravo to veličine iz kojih slijede odluke o uređaju. Zadatak AR-1 traži da tehničar cijelo vrijeme vidi stroj, pa rješenje mora ostati u lijevoj polovici crte.

Iz procjene slijedi i popis onoga što treba dalje naučiti. Ako zadatak pada u proširenu stvarnost, presudno je prepoznavanje mete i poravnanje. Ako pada u miješanu, treba dubinski senzor i prostorno mapiranje. Ako pada u virtualnu, sve se svodi na kašnjenje i udobnost korisnika. Te tri staze slijede u sljedećim jedinicama.

Ključni pojmovi

Provjeri se

Kratka provjera prije prelaska na sljedeću jedinicu. Odgovor se potvrđuje klikom, a obrazloženje se prikazuje odmah.