Proširena stvarnost

Dva načina da se sadržaj nađe u pogledu

Postoje dva tehnička puta kojima digitalni sadržaj dolazi pred oko. Prvi je prikaz kroz zaslon uređaja (video see-through). Kamera snima prizor, program preko te slike nacrta sadržaj i sve zajedno prikaže na zaslonu. Korisnik gleda snimku svijeta, a ne sam svijet. Tako rade telefoni i tableti, pa tako radi i uređaj A iz projekta AR-1.

Drugi je put prikaz kroz prozirno staklo (optical see-through). Oko gleda prizor izravno, kroz prozirno ili polupropusno staklo, a slika se u taj pogled ubacuje odrazom ili projekcijom. Tako rade naočale, dakle uređaj B iz projekta.

Razlika koja najviše iznenađuje jest ponašanje crne boje. Kod prikaza kroz staklo slika nastaje dodavanjem svjetla, pa se tamni dijelovi jednostavno ne prikazuju. Crni obrub oko teksta ostaje proziran i tekst se gubi na svijetloj podlozi. Zato se u uputama za naočale koriste svijetla slova, a tamne podloge se izbjegavaju.

Registracija: dovođenje u isti koordinatni sustav

Registracija je postupak kojim se digitalni sadržaj dovodi u isti koordinatni sustav kao i stvarni predmet. U praksi to znači da program mora izračunati gdje je kamera u odnosu na metu, a zatim virtualnu kameru u sceni postaviti na potpuno isto mjesto. Ako su te dvije kamere na istom mjestu i imaju ista svojstva, nacrtani će se sadržaj poklopiti sa stvarnim predmetom.

Postupak se odvija u koracima. Najprije se meta pronađe u slici. Zatim se iz poznatih mjera mete i njezina izgleda u slici izračunaju položaj i zakret kamere, dakle šest brojeva. Uz to trebaju i unutarnja svojstva kamere: žarišna duljina, položaj glavne točke i izobličenje leće. Ta se svojstva dobivaju umjeravanjem i za većinu je uređaja unaprijed poznato.

Poravnanje je ono što korisnik vidi kao rezultat: odstupanje između mjesta na kojem se sadržaj prikazuje i mjesta na kojem bi trebao biti. Izražava se u milimetrima na zadanoj udaljenosti, jer ista kutna pogreška daje sve veće odstupanje što je predmet dalji.

Cilj projekta AR-1 zapisan je upravo tako: pogreška poravnanja do 5 mm na udaljenosti od 0,5 m. To odgovara kutnoj pogrešci od približno 0,6 stupnja. Na udaljenosti od 1,2 m, koja je gornja granica radne udaljenosti, ista kutna pogreška daje odstupanje od oko 12 mm. Za pokazivanje vijka promjera 10 mm to je već na granici korisnosti.

Izvori pogreške poravnanja

Pogreška ne dolazi iz jednog mjesta nego se zbraja iz nekoliko izvora. Poznavanje tih izvora odlučuje o tome gdje se isplati ulagati trud.

• Pogreška procjene položaja. Meta se u slici ne nalazi savršeno, pa izračunani položaj kamere odstupa. Ovisi o ocjeni prepoznatljivosti mete, osvjetljenju i kutu gledanja.
• Pogreška mjera mete. Ako je u projekt upisana meta 90 × 50 mm, a otisnuta je na 88 × 49 mm, cijela je scena krivog mjerila i pogreška raste s udaljenošću.
• Pogreška modela. Ishodište modela prihvatnice mora biti ondje gdje se prihvatnica stvarno spaja s prirubnicom; pomak ishodišta prenosi se izravno u prikaz.
• Kašnjenje. Dok se sličica obradi, uređaj se već pomaknuo, pa se sadržaj crta prema zastarjelom položaju. Pri brzom pomicanju tableta to je najveći pojedinačni doprinos.
• Izobličenje leće. Ako se ne uzme u obzir, ravni rubovi u slici postaju blago zakrivljeni, a odstupanje je najveće na rubovima slike.

Iz popisa slijedi jednostavno pravilo rada: najprije se provjeri mjerilo, zatim ishodište modela, pa tek onda kašnjenje. Pogreška mjerila i ishodišta stalna je i ponavlja se svaki put, dok se pogreška zbog kašnjenja pojavljuje samo u pokretu. Korisnik prvu doživljava kao trajno krivo mjesto, a drugu kao klizanje sadržaja.

Procjena osvjetljenja

Digitalni objekt koji je savršeno poravnat i dalje može izgledati kao naljepnica. Razlog je svjetlo. Ako je model osvijetljen ravnomjerno i bijelo, a prostor osvijetljen žućkastim svjetlom sa strane, oko odmah prepozna da objekt ne pripada prizoru. Procjena osvjetljenja (light estimation) postupak je kojim program iz snimljene slike zaključuje kakvo je svjetlo u prostoru i prema tome osvijetli model.

Najveći dobitak daje sjena. Objekt bez sjene lebdi, a objekt s jednostavnom tamnom mrljom ispod sebe već izgleda položeno. Za projekt AR-1 dovoljna je meka sjena ispod prihvatnice, jer cilj nije uvjerljivost prizora nego jasnoća upute.

Osvjetljenje ima i drugu ulogu: bez njega nema praćenja. Kamera treba dovoljno svjetla da slika ne bude šumovita i da vrijeme ekspozicije ostane kratko. U zadanim uvjetima projekta osvjetljenje radnog mjesta iznosi 300 do 750 lx, što je dovoljno. Ispod 120 lx praćenje se gubi: slika postaje šumovita, vrijeme ekspozicije se produljuje i svaki pokret daje zamućenje.

Zaklanjanje i dubina

Zaklanjanje (occlusion) znači da bliži predmet skriva dalji. U stvarnom svijetu to je samo po sebi razumljivo, a u proširenoj stvarnosti nije. Ako program ne zna koliko je što udaljeno, nacrtat će digitalni objekt preko cijele slike i objekt će se vidjeti i kad je iza stupa ograde. Oko to odmah primijeti i dojam prostornog položaja nestaje.

Ispravno zaklanjanje traži podatak o dubini. Uređaji ga dobivaju na tri načina: dubinskim senzorom koji mjeri vrijeme povratka svjetla, dvjema kamerama iz čije se razlike računa udaljenost ili procjenom dubine iz jedne slike. Prvi je način najtočniji, a treći radi na svakom uređaju, ali daje grubu procjenu s mekim rubovima.

Uz zaklanjanje na dojam dubine utječu i drugi znakovi: veličina predmeta, sjena, perspektiva, zaklanjanje rubovima i pomicanje bližih predmeta brže od daljih pri pomaku kamere. Ako ti znakovi proturječe jedan drugome, korisnik doživi objekt kao da lebdi. Najčešći uzrok jest upravo izostanak sjene uz ispravno zaklanjanje ili obratno.

Kad prepoznavanje zakaže

Proširena stvarnost radi pouzdano u uskom rasponu uvjeta. Izvan njega otkazuje na načine koje je korisno prepoznati unaprijed, jer se većina može ukloniti pripremom radnog mjesta.

Posljednji redak vrijedi zapamtiti kao pravilo. Meta mora u slici zauzeti dovoljan broj točaka da bi se u njoj prepoznale pojedinosti. Pločica širine 90 mm pri kameri od 1920 točaka po širini i uobičajenom vidnom polju zauzima na udaljenosti od 1,2 m otprilike stotinjak točaka, što je blizu donje granice.

Postoji i kvar koji se ne vidi kao nestanak sadržaja nego kao njegovo polagano klizanje. Nastaje kad se uređaj oslanja na inercijske senzore jer metu više ne vidi. Takvo se stanje mora korisniku prikazati, primjerice promjenom boje obruba ili porukom, jer inače tehničar vjeruje podatku koji više nije točan.

Kako to izgleda u projektu AR-1

Sve navedeno može se složiti u jedan opis rada. Tehničar priđe ćeliji i tabletom obuhvati natpisnu pločicu na ogradi. Program u sličici pronađe pločicu, iz njezinih mjera od 90 × 50 mm izračuna položaj kamere i postavi scenu. Prvi korak upute pojavi se uz prirubnicu robota, poravnat s njom, uz meku sjenu i strelicu prema vijku koji treba otpustiti.

Tehničar zatim obiđe robota. Pločica izlazi iz vidnog polja, pa se praćenje prebacuje na obilježja prostora i na sidro postavljeno pri prvom prepoznavanju. Sadržaj ostaje na mjestu. Kad se tehničar sagne na udaljenost od 0,25 m, sadržaj se mora smanjiti i pomaknuti da ne zaklanja ruke, jer na toj udaljenosti model prihvatnice prekriva gotovo cijeli zaslon.

Ovaj se opis u sljedećim jedinicama nadopunjuje. Miješana stvarnost dodaje mu prostorno mapiranje i trajna sidra, jedinica o značajkama okruženja objašnjava zašto je odabrano prepoznavanje mete, a jedinice o programskoj i sklopovskoj podršci pokazuju čime se to izvodi.

Ključni pojmovi

Provjeri se

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