Značajke pojedinih okruženja proširene stvarnosti

Četiri načina da uređaj zna gdje je

Sva okruženja proširene stvarnosti rješavaju isti zadatak: odrediti položaj i zakret uređaja u odnosu na nešto poznato. Razlikuju se po tome što je to poznato. Iz te razlike slijedi sve ostalo: koliko je praćenje točno, koliko traje priprema, radi li rješenje u zatvorenom ili na otvorenom i koliko je osjetljivo na promjene u okolini.

Podjela nije stroga. U pravilu se skupine kombiniraju: meta se koristi jednom, da postavi ishodište, a praćenje dalje održavaju obilježja prostora. Takvo je rješenje predviđeno i za projekt AR-1, jer tehničar mora moći obići robota bez stalnog gledanja u natpisnu pločicu.

Okruženja s metom

U okruženju s metom (marker-based AR) uređaj traži unaprijed poznatu sliku. Kad je nađe, iz njezinih poznatih mjera i izgleda u slici izračuna svoj položaj. To je najstariji, najtočniji i najpredvidljiviji način rada, pa se u industriji i dalje koristi najviše.

Mete se dijele na nekoliko vrsta.

Kakvoća mete opisuje se ocjenom prepoznatljivosti, obično na ljestvici od jedan do pet. Ocjena govori koliko u slici ima jasnih, jedinstvenih i raspoređenih pojedinosti iz kojih se računa položaj. Natpisna pločica iz projekta AR-1 ima ocjenu 4/5, što je za rad na udaljenosti do 1,2 m dovoljno.

Prikaz pokazuje vezu koju je korisno zapamtiti: najveća radna udaljenost raste razmjerno širini mete i razlučivosti kamere, a pada s traženim brojem točaka koji meta mora zauzeti. Zato se problem preslabog praćenja izdaleka rješava većom metom prije nego boljom kamerom.

Okruženja bez mete

U okruženju bez mete (markerless AR) uređaj ne traži ništa poznato. U slici pronalazi obilježja — uglove, rubove, mrlje koje se dobro razlikuju od okoline — i prati kako se pomiču između sličica. Iz tog pomaka i iz mjerenja inercijskih senzora računa vlastito gibanje.

Iz oblaka obilježja izdvajaju se ravne plohe. Program traži skupine točaka koje leže u istoj ravnini, označava ih kao plohu i pridružuje im smjer okomice. Tako nastaju pod, stol i zid. Korisnik zatim pokazuje na plohu i na njoj postavlja sadržaj.

Prednost je očita: nema pripreme, ništa se ne lijepi i ništa se ne otiskuje. Cijena je nesigurnost. Prazna jednobojna ploha ne daje obilježja, pa se na njoj ne prepoznaje ništa. Sjajni pod daje lažna obilježja jer se odsjaji pomiču zajedno s korisnikom. Ishodište se postavlja ondje gdje je aplikacija pokrenuta, pa dva pokretanja daju dva različita koordinatna sustava.

Najkorisniji zaključak iz tablice jest da se pristupi ne isključuju. Meta rješava ishodište, mjerilo i ponovljivost; obilježja prostora rješavaju kretanje i doseg. Rješenje koje koristi samo jedno od toga ima slabost koju drugo pokriva.

Lokacijska proširena stvarnost

Lokacijski AR (location-based AR) veže sadržaj uz mjesto na karti svijeta, a ne uz predmet. Uređaj svoj položaj dobiva iz satelitskog sustava, smjer iz kompasa i nagib iz inercijskih senzora. Kad korisnik pogleda u nekom smjeru, aplikacija izračuna što se u tom smjeru nalazi i prikaže pripadnu oznaku.

Iz tablice se vidi zašto lokacijski AR ne dolazi u obzir za projekt AR-1. Točnost od nekoliko metara ne omogućuje pokazivanje vijka, a unutar hale satelitskog signala nema. Njegovo je područje drugdje: oznake na terenu, trase podzemnih vodova, orijentacija na velikim površinama i vođenje između objekata.

U industriji se lokacijski pristup ipak pojavljuje u jednoj ulozi — kao gruba predodabir. Uređaj iz položaja zaključi u kojem se dijelu pogona nalazi i unaprijed učita samo mete i modele za tu ćeliju. Time se skraćuje vrijeme prepoznavanja i smanjuje mogućnost zamjene sličnih meta.

Istodobna lokalizacija i mapiranje

Istodobna lokalizacija i mapiranje (simultaneous localization and mapping, SLAM) postupak je koji rješava dva zadatka odjednom: gradi kartu prostora i u toj karti određuje vlastiti položaj. Zadaci ovise jedan o drugome, jer za kartu treba znati gdje si, a da bi se znalo gdje si treba karta. Rješenje je u tome da se oba računaju istodobno i stalno ispravljaju.

Ključan je posljednji korak. Dok uređaj hoda prostorom, svaka procjena pomaka nosi malu pogrešku, a pogreške se zbrajaju. Nakon obilaska ćelije uređaj bi se prema svojem računu mogao naći dvadesetak centimetara od mjesta na kojem doista jest. Zatvaranje petlje (loop closure) prepoznaje da je uređaj ponovno na već viđenom mjestu i tu razliku ispravlja odjednom, po cijeloj karti.

Za korisnika se to očituje kao mali trzaj sadržaja. Upute koje su polako kliznule vrate se na mjesto. Trzaj je neugodan, ali je manje zlo od pogreške koja bi bez ispravka i dalje rasla. Zato se u aplikacijama s uputama sadržaj namjerno veže uz sidra, koja se pri ispravku karte pomaknu zajedno s njom.

SLAM se rijetko oslanja samo na kameru. Uz sliku se koriste i mjerenja ubrzanja i brzine zakretanja, koja dolaze mnogo češće i premošćuju trenutke kad slika nije upotrebljiva. Takvo se spajanje naziva vizualno-inercijskim praćenjem i danas je pravilo, a ne iznimka.

Praćenje objekta, lica i tijela

Posljednja skupina ne traži ni sliku ni plohu nego poznati oblik.

Praćenje objekta polazi od trodimenzionalnog modela predmeta. Program iz modela unaprijed izračuna kako predmet izgleda iz mnogo smjerova, a zatim u slici traži podudaranje rubova. Prednost je velika: nikakva se oznaka ne lijepi, a sadržaj se veže izravno uz stroj. Ograničenja su jednako velika — sjajni i jednobojni predmeti daju premalo rubova, a predmet se mora podudarati s modelom.

Praćenje lica prepoznaje lice i na njemu desetke karakterističnih točaka. U industriji se koristi rijetko, uglavnom za provjeru nosi li radnik zaštitnu opremu i za prilagodbu prikaza položaju očiju kod naočala.

Praćenje tijela prepoznaje zglobove i iz njih gradi kostur. Primjena je u uvježbavanju pokreta, u provjeri držanja pri podizanju tereta i u sigurnosnim sustavima koji prate ulazak osobe u radni prostor stroja.

Praćenje ruku vrijedi izdvojiti jer je za naočale postalo glavni način upravljanja. Korisnik pogledom bira, a stiskom prstiju potvrđuje. Za rad u pogonu to nije uvijek prikladno: u rukavicama prepoznavanje slabi, a ruke su često zauzete alatom.

Kako se bira okruženje

Izbor se u praksi svodi na nekoliko pitanja, postavljenih tim redom.

• Smije li se na predmet nešto zalijepiti ili već postoji prikladna slika? Ako da, okruženje s metom je najjednostavnije i najtočnije.
• Radi li se u zatvorenom prostoru? Ako da, lokacijski AR otpada.
• Mora li sadržaj ostati na mjestu dok korisnik obilazi predmet? Ako da, uz metu treba i praćenje obilježja prostora sa sidrima.
• Mora li sadržaj uzimati u obzir oblik prostora? Ako da, treba prostorno mapiranje, dakle uređaj s dubinskim senzorom.
• Je li predmet dovoljno karakterističan da se prepozna sam? Ako da, praćenje objekta uklanja potrebu za metom.

Iz tablice slijedi rješenje projekta: okruženje s metom za postavljanje ishodišta, praćenje obilježja prostora za održavanje položaja i trajno sidro za povratak sadržaja na mjesto. To je kombinacija koja je u industriji najčešća upravo zato što svaki njezin dio pokriva slabost onoga drugog.

Ključni pojmovi

Provjeri se

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