Технологии виртуальной и дополненной реальности в играх, образовании, медицине, туризме
Автор: Гулов Т.У., Иванченко С.А., Сысоев Н.Д.
Журнал: Международный журнал гуманитарных и естественных наук @intjournal
Рубрика: Технические науки
Статья в выпуске: 12-3 (99), 2024 года.
Бесплатный доступ
В данной статье рассматриваются принципы работы VR и AR технологий, их преимущества и ограничения, применение VR/AR в игровой индустрии, роль VR/AR в образовании. Анализируется, как VR/AR преобразует игровой опыт, создавая захватывающие и интерактивные виртуальные миры. В области образования VR/AR открывает новые возможности для иммерсивного и увлекательного обучения, позволяя студентам исследовать сложные концепции и виртуально переживать исторические события.
Виртуальная реальность, дополненная реальность, игры, медицина, туризм, образование
Короткий адрес: https://sciup.org/170208588
IDR: 170208588 | DOI: 10.24412/2500-1000-2024-12-3-63-69
Текст научной статьи Технологии виртуальной и дополненной реальности в играх, образовании, медицине, туризме
Технологии дополненной (AR) и виртуальной (VR) реальности переживают настоящий бум. О них говорят все – от СМИ до научных кругов, появляются фильмы и книги.
Этот стремительный взлет тесно связан с революцией в мобильных устройствах. Кнопочные телефоны остались в прошлом, уступив место мощным смартфонам и планшетам с сенсорными экранами, камерами, датчиками и гироскопами. Эта эволюция вывела AR и VR на новый уровень, открывая возможности далеко за пределами развлечений.
Сегодня AR и VR преображают множество сфер, создавая новые рынки и расширяя существующие. Помимо развлечений, они находят применение в:
Проектировании: AR и VR помогают инженерам, архитекторам, дизайнерам, риелторам и ритейлерам визуализировать и взаимодействовать с проектами.
Обучении: AR и VR лежат в основе обучающих программ и тренажеров, позволяющих осваивать практические навыки в различных областях.
Медицине: AR и VR применяются для моделирования и проведения виртуальных операций, а также в разработке медицинских аппаратов.
В связи с таким широким спектром применения, влияние AR и VR на бизнес становится все более актуальным.
В 1994 году Пол Милграм и Фумио Киши-но представили концепцию «смешанной реальности» или «континуума реальности-виртуальности», где реальный и виртуальный миры взаимодействуют в режиме реального времени. Это подобно спектру, где на одном полюсе находится реальный мир, а на другом – виртуальный. Между ними находятся дополненная реальность (AR), ближе к реальному миру, и дополненная виртуальность (AV), ближе к виртуальному [1].
Ключевые элементы этой модели:
-
1. Полная реальность: наш привычный мир.
-
2. Виртуальная реальность (VR): полностью цифровое пространство, созданное с помощью компьютерной технологии.
-
3. Дополненная реальность (AR): реальный мир, дополненный виртуальными объектами и информацией.
-
4. Дополненная виртуальность (AV): виртуальное пространство, дополненное физическим элементом из реального мира.
Виртуальная реальность (VR) погружает пользователя в полностью искусственный мир, изолируя его от реальности. VR-шлемы создают реалистичное окружение, заменяя реальный мир виртуальным.
Дополненная реальность (AR) накладывает цифровые элементы на реальный мир, дополняя его информацией. Вместо замены реаль- ности, AR расширяет ее, добавляя виртуальные объекты в реальное окружение.
Как работает VR.
VR-шлемы с помощью дисплеев и датчиков создают стереоскопическое изображение, которое мозг воспринимает как реальное.
Типы VR-шлемов.
Настольные: подключаются к компьютеру или консоли, требуют мощной техники.
Мобильные: работают со смартфоном, более доступные и компактные.
Автономные: самостоятельные устройства с собственными процессорами и операционными системами.
Комнаты виртуальной реальности (Cave Automatic Virtual Environment):
Используют проекторы для создания виртуального пространства вокруг пользователя.
Взаимодействие с VR.
Для более реалистичного взаимодействия с виртуальным миром используются контроллеры, перчатки и другие устройства, отслеживающие движения пользователя.
Перспективы VR.
VR-технологии продолжают развиваться, предлагая все более глубокое погружение в виртуальные миры и новые возможности в сфере развлечений, образования и работы.
Мир дополненной реальности – это мир, где виртуальные объекты накладываются на реальность, расширяя ее возможности. Основными инструментами этого мира являются умные очки и шлемы.
Компактные и функциональные, эти устройства оснащены камерами и сенсорами, которые сканируют окружающую среду и создают виртуальные карты для навигации. Благодаря компьютерной визуализации, они способны распознавать голос и движение, позволяя управлять ими без использования рук [2].
Изображения проецируются на объективы очков или на мини-дисплеи без необходимости дополнительных маркеров. На рынке представлены различные модели, включая бинокулярные (Hololans, DAQРISmart Glasss, Meta 2) и монокулярные (Google Glass, Vuzyx M3000).
Смартфоны и планшеты также могут быть использованы для дополненной реальности с помощью специальных приложений. QR-коды, логотипы, компьютерное зрение и распознавание лиц – инструменты, которые ис- пользуются для идентификации объектов в дополненной реальности.
Интерактивные стойки с дополненной реальностью – это широкоформатные экраны, демонстрирующие фотореалистичные изображения объектов в конкретной ситуации. Они часто используются в продажах и на выставках, позволяя интерактивно демонстрировать возможности продукции и предоставлять дополнительную информацию.
Рынок виртуальной и дополненной реальности стремительно развивается, выходя за рамки игр и развлечений. Эти технологии создают новый рынок и расширяют возможности существующего.
Исследование Bank of America Mercill Lynch в 2016 году назвало виртуальные и дополнительные технологии, наряду с Big Data, облачными технологиями и искусственным интеллектом, ключевыми элементами четвертой промышленной революции.
По данным Pricewaterhouse Coopers, в России все больше компаний инвестируют в дополненную и виртуальную реальность.
Этот динамичный рынок с огромным потенциалом обещает преобразовать множество сфер деятельности в ближайшем будущем.
Виртуальная реальность (VR) опережает дополненную реальность (AR) в развитии, согласно анализу PwC и Gartner.
Несмотря на стремительный прогресс в Интернете вещей, искусственном интеллекте, робототехнике и 3D-печати, PwC считает, что VR и AR окажут меньшее влияние на перестройку отраслей и бизнес-моделей.
Gartner, анализируя зрелость технологий, поместил AR в «пропасть разочарования». Это связано с тем, что ранние устройства и приложения AR не оправдали ожиданий. В то же время VR уже преодолела эту фазу и находится на стадии «склона просветления», формируя стабильную аудиторию и привлекая разработчиков для решения проблем.
По прогнозам Gartner, широкое внедрение VR ожидается в течение 2-5 лет, а AR – в течение 5-10 лет. Эти прогнозы основаны на прошлых наблюдениях Gartner, которые подтвердились в случае со смартфонами, голосовым и биометрическим распознаванием, а также магазинами приложений [3].
Таким образом, исследования Gartner могут служить ориентиром для развития VR и AR.
Ожидается, что эти технологии в будущем преобразуют традиционные бизнес-процессы и задачи, предлагая новый опыт взаимодействия.
Развитие VR/AR сегодня напоминает раннюю эпоху мобильных приложений: появляются как готовые решения, так и инструменты для бизнеса.
Контент и ПО можно разделить на две основные категории.
-
1. Потребительский: предназначен для развлечения, информирования и эмоционального погружения. Включает игры, рекламу, фильмы, демонстрации продуктов и т.д.
-
2. Профессиональный: решает бизнес-задачи и повышает эффективность. Применяется для обучения, прототипирования, эксплуатации оборудования, коммуникации и др.
По прогнозам аналитиков GoldmanSachs, к 2025 году рынок VR/AR программного обеспечения достигнет $35 млрд, а число пользователей – 315 млн. VR-устройства могут стать столь же популярными, как мобильные телефоны, открывая новые возможности для бизнеса: просмотр фильмов, посещение виртуальных мероприятий, покупки и т.д.
Другие исследования, например, от 2018 года, предсказывают более широкий рынок VR/AR в $94,6 млрд к 2023 году: $34,1 млрд для VR и $60,5 млрд для AR.
Драйвером роста VR-устройств станет индустрия игр и развлечений, стимулирующая распространение шлемов.
AR-технологии демонстрируют более высокий потенциал роста, благодаря растущему спросу в здравоохранении, автомобильной промышленности (системы индикации на лобовых стеклах), сфере продаж и инвестициям в разработку AR-устройств.
Препятствия на пути к массовому внедрению VR и AR.
В настоящее время распространение VR/AR сдерживается рядом технологических ограничений. Однако ожидается, что к 2020 году эти проблемы будут решены.
Синхронизация развития VR/AR с другими цифровыми технологиями, такими как BigData, блокчейн, искусственный интеллект и интернет вещей, позволит создать к 2030
году мощную платформу для активного развития и совершенствования этих технологий.
Успешное внедрение VR/AR в массовую сферу зависит от нескольких ключевых факторов.
-
1. Избежание завышенных ожиданий: важно, чтобы разработчики устройств не повторяли ошибок GoogleGlass и не создавали необоснованных обещаний потребителям.
-
2. Позиционирование для создателей контента: необходимо обеспечить привлекательность VR/AR технологий для создателей контента, чтобы избежать их разочарования.
-
3. Сформированный рынок: к 2025 году ожидается полноценный переход VR/AR на стадию стабильного коммерческого внедрения.
Ключевые драйверы развития рынка.
Знания и компетенции: развитие технологий VR/AR будет опираться на знания и опыт, накопленные в процессе разработки потребительских решений.
Сфера применения.
Виртуальная реальность: основной вектор развития – игровая и развлекательная индустрия.
Дополненная реальность: основные направления – мобильные устройства, head-up дисплеи, здравоохранение, продажи и электронная коммерция.
Успешное внедрение VR/AR требует:
Раннее внедрение: необходимо вовлечь новаторов и ранних последователей в использование технологий.
Обмен опытом: компании должны делиться опытом использования VR/AR.
Публичное освещение: проекты в сфере VR/AR должны получать широкую огласку в СМИ и сети.
Позитивное отношение: необходимо создать положительный образ VR/AR среди всех категорий пользователей, от разработчиков до рядовых сотрудников.
Вирусные кейсы: необходимы масштабные, зрелищные и запоминающиеся проекты, подобные PokemonGo.
Преимущества VR/AR для бизнеса.
-
1. Повышение производительности: оптимизация рабочих и производственных процессов.
-
2. Привлечение новых клиентов: открытие новых возможностей для маркетинга и продаж.
-
3. Развитие компетенций сотрудников: обучение, тренировка и повышение квалификации.
Ключевые факторы внешней и внутренней среды.
Регулирование: развитие информационного общества и цифровой экономики требует четкой правовой базы для регулирования VR/AR технологий.
Безопасность и будущее VR/AR в России.
Чтобы безопасно использовать технологии виртуальной и дополненной реальности (VR/AR), нужны строгие стандарты информационной безопасности. Это позволит снизить риски, связанные с применением VR/AR.
VR/AR - ключ к успеху.
Развитие VR/AR технологий имеет огромный потенциал для российского бизнеса.
Снижение рисков. Стандарты безопасности минимизируют негативные последствия внедрения VR/AR.
Цифровая экономика. VR/AR способствует формированию конкурентоспособной национальной цифровой экономики.
Глобальная конкуренция. VR/AR укрепляет позиции России на мировом рынке.
Национальный курс на VR/AR.
Российская стратегия развития образования, науки и цифровой экономики ставит перед собой амбициозные цели по развитию VR/AR.
Инновационный скачок. Создание благоприятных условий для технологического прорыва в области VR/AR.
Объединение сил. Формирование специализированных сообществ, объединяющих экспертов из бизнеса, государства и частных лиц.
Кадры решают все. Подготовка высококвалифицированных кадров, опираясь на богатый опыт российской анимационной индустрии и сильную школу программистов и инженеров.
Собственная разработка. Акцент на разработке и внедрении VR/AR-решений, преимущественно на основе отечественных технологий.
VR/AR для всех. Применение VR/AR в образовании, медицине, развлечениях, спорте и бизнес-процессах компаний.
Инвестиции в будущее. Использование различных инструментов финансирования, включая венчурный капитал.
Дорожная карта «Нейронет».
План развития VR/AR технологий предусматривает интеграцию VR/AR в различные сферы к 2025 году. К 2035 году планируется создание систем интеграции человека с виртуальной средой.
У России есть все необходимое для того, чтобы стать мировым лидером в области VR/AR. Государство оказывает всестороннюю поддержку разработчикам в этой области.
VR и AR в медицине.
Виртуальная (VR) и дополненная реальность (AR) меняют ландшафт здравоохранения, предлагая инновационные решения во многих сферах.
Обучение медиков. VR-тренажеры позволяют будущим врачам наблюдать за операциями «вживую», не выходя из аудитории, что значительно повышает эффективность и экономичность обучения.
Диагностика и лечение. VR-система для диагностики болезни Паркинсона – пример использования VR в диагностике. Психотерапия с использованием VR позволяет пациентам пережить травматические воспоминания в безопасной виртуальной среде, способствуя их преодолению [4].
Реабилитация. VR-тренажеры помогают пациентам, перенесшим инсульт, восстановить утраченные функции, заново обучаясь управлять своим телом.
Дополненная реальность. AR-сканнер AccuVein, который проецирует изображение вен на кожу пациента, облегчает медсестрам поиск вен, что упрощает процесс забора крови и инъекций.
VR и AR предлагают множество новых инструментов для совершенствования медицинской практики, улучшая диагностику, лечение и реабилитацию пациентов, а также предоставляя новые возможности обучения медицинских работников.
VR и AR в образовании.
Виртуальная реальность (VR) и дополненная реальность (AR) – технологии, которые с каждым днем все активнее внедряются в различные сферы жизни, и образование не является исключением. Обе технологии предлагают уникальные возможности для создания интерактивных и увлекательных учебных процессов, способствуя более глубокому пониманию материала и повышению мотивации к обучению.
VR погружает пользователей в виртуальные миры, создавая ощущение присутствия в определенной среде. Это позволяет учащимся исследовать исторические события, путешествовать по разным странам, проводить виртуальные эксперименты в научных лабораториях, а также погружаться в мир фантазий и творческих проектов. VR-технологии особенно эффективны для изучения предметов, требующих практического опыта, например, хирургии, строительства, механики.
AR дополняет реальность, накладывая виртуальные объекты на реальную среду. В образовании AR-технологии могут использоваться для создания интерактивных учебных пособий, 3D-моделей, виртуальных экскурсий и игр. AR-приложения могут помочь в изучении анатомии, истории, географии, предоставляя возможность «потрогать» виртуальные объекты и «почувствовать» их в контексте реального мира.
Одной из ключевых преимуществ VR и AR в образовании является повышение вовлеченности и мотивации учащихся. Обучение в виртуальной реальности позволяет учащимся активно взаимодействовать с окружающей средой, решать проблемы, участвовать в симуляциях и получать обратную связь. AR-технологии, в свою очередь, делают обучение более интересным и интерактивным, что также способствует удержанию внимания и мотивации.
VR и AR также способствуют более глубокому пониманию материала. Благодаря визуальному и интерактивному характеру этих технологий, студенты могут лучше усваивать сложные концепции и запоминать информацию. VR-симуляции позволяют проводить эксперименты, которые в реальном мире были бы недоступны или опасны, а AR-технологии позволяют «оживить» исторические события или учебные материалы.
Внедрение VR и AR в образование – это не только новый способ преподавания, но и воз- можность создавать более персонализированные и эффективные учебные процессы. VR и AR позволяют ученикам изучать материал в своем собственном темпе, адаптировать обучение к индивидуальным потребностям и интересам.
Образование стремительно меняется, и виртуальная реальность (VR) и дополненная реальность (AR) играют в этом ключевую роль. Не все учебные заведения могут позволить себе организовать полноценное практическое обучение, но VR и AR открывают новые возможности для сочетания теории с практикой. Они позволяют студентам погружаться в виртуальные миры, где они могут экспериментировать, решать задачи и получать практический опыт, не выходя из аудитории.
Технологии VR и AR также революционизируют изучение школьных предметов. История оживает благодаря виртуальным реконструкциям местности и людей, которые населяли ее в прошлом. Химия становится более интерактивной и наглядной с помощью приложений AR VR Molecules Editor, позволяющих конструировать 3D-модели молекул. Эти примеры демонстрируют, что VR и AR обладают огромным потенциалом для улучшения качества образования и подготовки специалистов в различных областях.
Применение VR и AR не ограничивается только образованием. Промышленность уже активно внедряет эти технологии для повышения безопасности и эффективности обучения сотрудников. Например, VR-тренажеры позволяют работникам нефтегазовой отрасли отрабатывать действия в случае аварий, не подвергаясь реальным рискам. Водители и операторы тяжелой техники также могут осваивать навыки в безопасной виртуальной среде, что снижает риск возникновения аварий.
VR и AR в туризме.
Виртуальная (VR) и дополненная (AR) реальность – это революционные технологии, меняющие привычный образ туризма. Они открывают удивительные возможности погрузиться в мир и познакомиться с различными культурами, не выходя из дома.
VR позволяет путешествовать по всему миру, не вставая с дивана. С помощью VR-гарнитуры вы можете прогуляться по улочкам
Парижа, исследовать джунгли Амазонки или покорить Эверест.
AR дополняет реальный мир цифровыми элементами, обогащая ваш туристический опыт. AR-приложения предоставляют информацию о достопримечательностях, переводят знаки и меню, а также показывают 3D-модели исторических зданий.
Благодаря VR и AR становятся возможны виртуальные туры, позволяющие «посетить» место перед реальной поездкой. Это помогает определиться с выбором направления и заранее спланировать путешествие.
Кроме того, эти технологии повышают безопасность туристов, предоставляя информацию о потенциальных рисках, погоде и других важных факторах.
В целом, VR и AR обладают огромным потенциалом для преобразования туристической индустрии. Они открывают новые способы познакомиться с миром, делая путешествия более интерактивными и запоминающимися.
Виртуальный туризм открывает беспрецедентные возможности для путешествий, позволяя людям исследовать самые отдаленные уголки мира, не покидая свой дом. Эта доступность особенно актуальна в условиях ограничений на международные поездки, вызванных пандемией, предоставляя альтернативу для тех, кто не может позволить себе физические путешествия [5].
Интеграция технологий дополненной реальности (AR) в виртуальном туризме выводит его на новый уровень. AR позволяет не просто наблюдать за виртуальными объектами, а взаимодействовать с ними в реальном времени. Например, с помощью AR-очков туристы получают доступ к дополнительной информации о достопримечательностях, истории и других интересных фактах непосредственно в поле зрения, обогащая свой виртуальный опыт.
Проект Google Earth VR является ярким примером виртуального туризма, предостав- вать по всему миру, изучая далекие страны и города. Это дает возможность перенестись в самые известные места планеты, наслаждаясь великолепием природы и архитектуры.
Виртуальная реальность (VR) и дополненная реальность (AR) – это передовые технологии, которые совершают революцию в игровой индустрии. VR создает захватывающие цифровые миры, в которые игроки погружа- ются с помощью специальных гарнитур, изолирующих их от реального мира. Используя контроллеры, игроки могут двигаться и взаимодействовать с виртуальными объектами, получая ощущение реальности и присутствия.
VR и AR в играх.
AR, в отличие от VR, добавляет цифровой контент к реальному миру, используя устройства, такие как смартфоны или очки. В играх AR, игроки взаимодействуют с виртуальными элементами, которые появляются в их реальном окружении, создавая уникальный гибридный опыт, где реальность и виртуальность переплетаются. Примером является игра Pokemon GO, позволяющая искать и ловить виртуальных покемонов в реальных местах [6].
VR и AR игры предлагают множество преимуществ, таких как повышенная реалистичность, погружение и интерактивность. Они позволяют игрокам погружаться в виртуальные миры, взаимодействовать с объектами и персонажами различными способами, предлагая уникальные игровые впечатления. Эти технологии открывают новые горизонты для игровых жанров, таких как симуляторы, головоломки и спортивные игры, которые были недоступны в традиционных форматах.
В заключение, технологии виртуальной и дополненной реальности обладают огромным потенциалом для трансформации различных сфер жизни. Однако для успешного внедрения этих технологий необходимо преодолеть ряд вызовов, связанных с безопасностью, этикой и конфиденциальностью.
ляя пользователям возможность путешество-
Список литературы Технологии виртуальной и дополненной реальности в играх, образовании, медицине, туризме
- Волков В.Э. Публично-правовое регулирование цифровых технологий: блокчейн, искусственный интеллект, виртуальная реальность: учебное пособие. - Самара: Издательство Самарского университета, 2023. - 89 с. EDN: FMUWTI
- Зверева Е.А. Инновации и креативные технологии в условиях цифровизации медиаландшафта: учебное пособие / Е.А. Зверева, А.В. Прохоров, Е.П. Семишова; М-во науки и высш обр. РФ, ФГБОУ ВО "Тамб. гос. ун-т им. Г.Р. Державина". - Тамбов: Издательский дом "Державинский", 2022. - 146 с. EDN: DEVHUB
- Искусственный интеллект. Инноватика: учеб. пособие / Ю.А. Антохина, М.Л. Кричевский, Ю.А. Мартынова, А.А. Оводенко. - СПб.: ГУАП, 2023. - 259 с.
- Основы разработки приложений виртуальной реальности: учебное пособие / М.И. Глотова; Оренбургский гос. ун-т. - Оренбург: ОГУ, 2024. - 8 с. EDN: YLWUDG
- Стариковская Н.А. Цифровой бизнес и сквозные цифровые технологии: теория и практика. Часть 1: Учебное пособие / Стариковская Н.А., Стариковский А.И., Кущ М.В. - М.: МИРЭА - Российский технологический университет, 2022. - 133 с.
- Старцева Ю.В., Будович Л.С. Теория цифровой экономики: Учебно-методическое пособие. - М.: МИРЭА - Российский технологический университет, 2024.