Cos'è la realtà aumentata: tecnologia, esempi e storia

what is augmented reality technology

Questo tutorial completo spiega cos'è la realtà aumentata e come funziona. Scopri anche la tecnologia, gli esempi, la storia e le applicazioni dell'AR:

Questo tutorial inizia con la spiegazione delle basi della Realtà Aumentata (AR), compreso cos'è e come funziona. Esamineremo quindi le principali applicazioni della realtà aumentata, come la collaborazione remota, la salute, i giochi, l'istruzione e la produzione, con ricchi esempi. Copriremo anche l'hardware, le app, il software ei dispositivi utilizzati nella realtà aumentata.

Questo tutorial si soffermerà anche sulle prospettive del mercato della realtà aumentata e sui problemi e le sfide intorno ai diversi argomenti della realtà aumentata.

Cosa imparerai:

• Cos'è la realtà aumentata?
  • Definizione di realtà aumentata
  • Tipi di AR
    • # 1) AR basato su marker
    • # 2) AR senza marker
    • # 3) AR basata su progetto
    • # 4) AR basato sulla sovrapposizione
  • Breve storia di AR
• Come funziona la realtà aumentata - La tecnologia dietro di essa
  • Tecnologia di realtà aumentata
  • Dispositivi e componenti di AR
  • Vantaggi di AR
• Realtà Aumentata Vs Realtà Virtuale Vs Realtà Mista
• Applicazioni di realtà aumentata
  • Esempio AR nella vita reale
  • Sviluppo e progettazione per AR
• Conclusione
  • Lettura consigliata

Cos'è la realtà aumentata?

AR consente di sovrapporre oggetti virtuali in ambienti del mondo reale in tempo reale. L'immagine sotto mostra un uomo che usa l'app IKEA AR per progettare, migliorare e vivere la casa dei suoi sogni.

(Immagine fonte )

Definizione di realtà aumentata

La realtà aumentata è definita come la tecnologia e i metodi che consentono la sovrapposizione di oggetti e ambienti del mondo reale con oggetti virtuali 3D utilizzando un dispositivo AR e per consentire al virtuale di interagire con gli oggetti del mondo reale per creare significati intenzionali.

A differenza della realtà virtuale che cerca di ricreare e sostituire un intero ambiente di vita reale con uno virtuale, la realtà aumentata riguarda l'arricchimento di un'immagine del mondo reale con immagini generate al computer e informazioni digitali. Cerca di cambiare la percezione aggiungendo video, infografiche, immagini, suoni e altri dettagli.

All'interno di un dispositivo che crea contenuti AR; le immagini 3D virtuali vengono sovrapposte agli oggetti del mondo reale in base alla loro relazione geometrica. Il dispositivo deve essere in grado di calcolare la posizione e l'orientamento di oggetti che riguardano altri. L'immagine combinata viene proiettata su schermi mobili, occhiali AR, ecc.

Dall'altro lato, ci sono dispositivi indossati dall'utente per consentire la visualizzazione di contenuti AR da parte di un utente. a differenza di cuffie per realtà virtuale che immergono completamente gli utenti in mondi simulati, gli occhiali AR no. Gli occhiali consentono l'aggiunta, la sovrapposizione di un oggetto virtuale sull'oggetto del mondo reale, per esempio, posizionamento di marcatori AR sulle macchine per contrassegnare le aree di riparazione.

Un utente che utilizza gli occhiali AR può vedere l'oggetto reale o l'ambiente circostante, ma arricchito con l'immagine virtuale.

Sebbene la prima applicazione fosse in ambito militare e televisivo sin dalla coniazione del termine nel 1990, l'AR è ora applicata nei giochi, nell'istruzione e nella formazione e in altri campi. La maggior parte viene applicata come app AR che possono essere installate su telefoni e computer. Oggi è stato migliorato con la tecnologia dei telefoni cellulari come GPS, 3G e 4G e il rilevamento remoto.

Tipi di AR

La realtà aumentata è di quattro tipi: AR senza marker, basata su marker, basata su proiezione e basata su sovrapposizione. Vediamoli uno per uno in dettaglio.

# 1) AR basato su marker

Un marker, che è uno speciale oggetto visivo come un segno speciale o altro, e una telecamera vengono utilizzati per avviare le animazioni digitali 3D. Il sistema calcolerà l'orientamento e la posizione del mercato per posizionare il contenuto in modo efficace.

Esempio AR basato su marker: Un'app di arredamento AR basata su dispositivi mobili basata su marker.

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# 2) AR senza marker

Viene utilizzato in eventi, aziende e app di navigazione, per esempio, la tecnologia utilizza le informazioni basate sulla posizione per determinare quale contenuto l'utente ottiene o trova in una determinata area. Può utilizzare GPS, bussole, giroscopi e accelerometri come possono essere utilizzati sui telefoni cellulari.

L'esempio seguente mostra che un AR senza marker non necessita di marker fisici per posizionare gli oggetti in uno spazio del mondo reale:

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# 3) AR basata su progetto

Questo tipo utilizza la luce sintetica proiettata sulle superfici fisiche per rilevare l'interazione dell'utente con le superfici. Viene utilizzato su ologrammi come in Star Wars e altri film di fantascienza.

L'immagine sotto è un esempio che mostra una proiezione di spada in un auricolare AR basato su un progetto AR:

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# 4) AR basato sulla sovrapposizione

In questo caso, l'articolo originale viene sostituito con un aumento, in tutto o in parte. L'esempio seguente consente agli utenti di posizionare un mobile virtuale sull'immagine di una stanza con una scala nell'app Catalogo IKEA.

IKEA è un esempio di AR basato sulla sovrapposizione:

Breve storia di AR

1968 : Ivan Sutherland e Bob Sproull hanno creato il primo display al mondo montato sulla testa con una primitiva computer grafica.

La spada di Damocle

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1975 : Videoplace, un laboratorio AR, è stato creato da Myron Krueger. La missione era di avere interazioni del movimento umano con materiale digitale. Questa tecnologia è stata successivamente impiegata su proiettori, fotocamere e sagome su schermo.

Myron Krueger

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1980: EyeTap, il primo computer portatile vinto davanti agli occhi, sviluppato da Steve Mann. EyeTap ha registrato immagini e ne ha sovrapposte altre. Potrebbe essere giocato dai movimenti della testa.

Steve Mann

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1987 : Un prototipo di Heads-Up Display (HUD) è stato sviluppato da Douglas George e Robert Morris. Mostrava dati astronomici nel cielo reale.

HUD automobilistico

1990 : Il termine realtà aumentata è stato coniato da Thomas Caudell e David Mizell, ricercatori della compagnia Boeing.

David Mizell

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Thomas Caudell

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1992: Virtual Fixtures, un sistema AR, è stato sviluppato da Louise Rosenberg della US Airforce.

Dispositivi virtuali:

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1999: Frank Deigado e Mike Abernathy e il loro team di scienziati hanno sviluppato un nuovo software di navigazione in grado di generare piste e dati stradali da un video in elicottero.
2000: ARToolKit, un SDK open source, è stato sviluppato da uno scienziato giapponese Hirokazu Kato. Successivamente è stato adattato per funzionare con Adobe.
2004: Sistema AR esterno montato su casco presentato da Trimble Navigation.
2008: Guida di viaggio AR per dispositivi mobili Android realizzata da Wikitude.
2013 ad oggi: Google Glass con connessione Internet Bluetooth, Windows HoloLens: occhiali AR con sensori per visualizzare ologrammi HD, il gioco Pokemon Go di Niantic per dispositivi mobili.

Occhiali intelligenti:

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Come funziona la realtà aumentata - La tecnologia dietro di essa

Il primo è la generazione di immagini di ambienti del mondo reale. Il secondo è l'utilizzo della tecnologia che consente la sovrapposizione di immagini 3D sulle immagini degli oggetti del mondo reale. Il terzo è l'uso della tecnologia per consentire agli utenti di interagire e interagire con gli ambienti simulati.

AR può essere visualizzato su schermi, occhiali, dispositivi portatili, telefoni cellulari e display montati sulla testa.

Leggi anche = >> I migliori occhiali intelligenti AR

Pertanto, disponiamo di AR basata su dispositivi mobili, AR per dispositivi montati sulla testa, AR per occhiali intelligenti e AR basata sul web. Le cuffie sono più coinvolgenti di quelle basate su dispositivi mobili e di altri tipi. Gli occhiali intelligenti sono dispositivi AR indossabili che forniscono visualizzazioni in prima persona, mentre quelli basati sul Web non richiedono il download di alcuna app.

Configurazioni degli occhiali AR:

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Utilizza S.L.A.M. tecnologia (Simultaneous Localization And Mapping) e Depth Tracking per il calcolo della distanza dall'oggetto utilizzando i dati del sensore, oltre ad altre tecnologie.

Tecnologia di realtà aumentata

La tecnologia AR consente l'aumento in tempo reale e questo aumento avviene nel contesto dell'ambiente. È possibile utilizzare animazioni, immagini, video e modelli 3D e gli utenti possono vedere gli oggetti alla luce naturale e sintetica.

SLAM basato sulla visualizzazione:

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Tecnologia di localizzazione e mappatura simultanea (SLAM) è un insieme di algoritmi che risolvono problemi di localizzazione e mappatura simultanei.

SLAM utilizza i punti funzione per aiutare gli utenti a comprendere il mondo fisico. La tecnologia consente alle app di comprendere oggetti e scene 3D. Consente il monitoraggio istantaneo del mondo fisico. Consente inoltre la sovrapposizione di simulazioni digitali.

SLAM utilizza un robot mobile come la tecnologia dei dispositivi mobili per rilevare l'ambiente circostante, quindi creare una mappa virtuale; e traccia la sua posizione, direzione e percorso su quella mappa. A parte l'AR, è impiegato su droni, veicoli aerei, veicoli senza pilota e robot pulitori, per esempio, utilizza l'intelligenza artificiale e l'apprendimento automatico per comprendere i luoghi.

Il rilevamento e la corrispondenza delle caratteristiche vengono eseguiti utilizzando telecamere e sensori che raccolgono i punti delle caratteristiche da vari punti di vista. La tecnica di triangolazione deduce quindi la posizione tridimensionale dell'oggetto.

In AR, SLAM aiuta a inserire e fondere l'oggetto virtuale in un oggetto reale.

AR basata sul riconoscimento: È una telecamera per identificare i marker in modo che sia possibile una sovrapposizione se viene rilevato un marker. Il dispositivo rileva e calcola la posizione e l'orientamento del marker e sostituisce il marker del mondo reale con la sua versione 3D. Quindi calcola la posizione e l'orientamento degli altri. Ruotando il marker si ruota l'intero oggetto.

Approccio basato sulla posizione. Qui tLe simulazioni o visualizzazioni sono generate dai dati raccolti da GPS, bussole digitali, accelerometri e misuratori di velocità. È molto comune negli smartphone.

Tecnologia di rilevamento della profondità: Le telecamere di rilevamento della mappa di profondità come Microsoft Kinect generano una mappa di profondità in tempo reale utilizzando diverse tecnologie per calcolare la distanza in tempo reale degli oggetti nell'area di rilevamento dalla fotocamera. Le tecnologie isolano un oggetto dalla mappa di profondità generale e lo analizzano.

L'esempio seguente riguarda il tracciamento delle mani utilizzando algoritmi di profondità:

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Tecnologia di tracciamento delle caratteristiche naturali: Può essere utilizzato per tracciare oggetti rigidi in un lavoro di manutenzione o assemblaggio. Un algoritmo di tracciamento multistadio viene utilizzato per stimare il movimento di un oggetto in modo più accurato. Il tracciamento del marker viene utilizzato, in alternativa, insieme alle tecniche di calibrazione.

La sovrapposizione di oggetti 3D virtuali e animazioni su oggetti del mondo reale si basa sulla loro relazione geometrica. Le fotocamere estese per il rilevamento del viso sono ora disponibili su smartphone come iPhone XR che dispone di fotocamere TrueDepth per consentire migliori esperienze AR.

Dispositivi e componenti di AR

Fotocamera AR Kinect:

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Fotocamere e sensori: Ciò include fotocamere AR o altre fotocamere, per esempio, sugli smartphone, scatta immagini 3D di oggetti del mondo reale per inviarli per l'elaborazione. I sensori raccolgono dati sull'interazione dell'utente con l'app e gli oggetti virtuali e li inviano per l'elaborazione.

Dispositivi di elaborazione: Smartphone, computer e dispositivi speciali AR utilizzano grafica, GPU, CPU, memoria flash, RAM, Bluetooth, WiFi, GPS, ecc. Per elaborare le immagini 3D ei segnali dei sensori. Possono misurare velocità, angolo, orientamento, direzione, ecc.

Proiettore: La proiezione AR implica la proiezione di simulazioni generate su lenti di cuffie AR o altre superfici per la visualizzazione. Questo impiega un proiettore in miniatura.

Ecco un video: Primo proiettore AR per smartphone

Riflettori: I riflettori come gli specchi vengono utilizzati sui dispositivi AR per aiutare gli occhi umani a visualizzare le immagini virtuali. È possibile utilizzare una serie di piccoli specchi curvi o specchi a doppia faccia per riflettere la luce sulla fotocamera AR e sull'occhio dell'utente, principalmente per allineare correttamente l'immagine.

Dispositivi mobili: Gli smartphone moderni sono molto applicabili per AR perché contengono GPS integrato, sensori, fotocamere, accelerometri, giroscopi, bussole digitali, display e GPU / CPU. Inoltre, le app AR possono essere installate su dispositivi mobili per esperienze AR mobili.

L'immagine sotto è un esempio che mostra AR su iPhone X:

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Display Head-Up o HUD: Un dispositivo speciale che proietta i dati AR su un display trasparente per la visualizzazione. È stato impiegato prima nell'addestramento dei militari, ma ora è utilizzato nell'aviazione, nell'automobile, nella produzione, nello sport, ecc.

Occhiali AR chiamati anche occhiali intelligenti: Gli occhiali intelligenti servono per visualizzare le notifiche per esempio, dagli smartphone. Includono Google Glasses, Laforge AR eyewear e Laster See-Thru, tra gli altri.

Lenti a contatto AR (o lenti intelligenti): Questi sono indossati per essere a contatto con gli occhi. Produttori come Sony stanno lavorando su obiettivi con funzionalità aggiuntive come la capacità di scattare foto o memorizzare dati.

Le lenti a contatto AR vengono indossate a contatto con gli occhi:

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Display retinici virtuali: Creano immagini proiettando luci laser nell'occhio umano.

Ecco un video: display retinico virtuale

Vantaggi di AR

Vediamo alcuni vantaggi dell'AR per la tua azienda o organizzazione e come integrarli:

• L'integrazione o l'adozione dipendono dal caso d'uso e dall'applicazione. Potresti utilizzarlo per monitorare la manutenzione e il lavoro di produzione, eseguire procedure dettagliate virtuali di proprietà immobiliari, pubblicizzare prodotti, potenziare la progettazione remota, ecc.
• Oggi, i camerini virtuali possono aiutare a ridurre i ritorni di acquisto e migliorare le decisioni di acquisto prese dagli acquirenti.
• I venditori possono produrre e pubblicare contenuti AR di marca interessanti e inserire annunci in essi in modo che le persone possano conoscere i loro prodotti quando guardano il contenuto. L'AR migliora il coinvolgimento.
• Nella produzione, i marcatori AR sulle immagini delle apparecchiature di produzione aiutano i project manager a monitorare il lavoro da remoto. Riduce la necessità di utilizzare mappe e piante digitali. Per esempio, un dispositivo o una macchina può essere puntato sulla posizione per determinare se si adatta alla posizione.
• Le simulazioni coinvolgenti della vita reale offrono vantaggi pedagogici agli studenti. Le simulazioni nell'apprendimento e nella formazione basati sul gioco hanno benefici psicologici e aumentano l'empatia tra gli studenti, come dimostrato dai ricercatori.
• Gli studenti di medicina possono utilizzare simulazioni AR e VR per provare i primi e il maggior numero possibile di interventi chirurgici senza budget elevati o lesioni inutili ai pazienti, il tutto con esperienze di immersione ed esperienze quasi reali.

L'immagine sotto mostra come l'AR viene applicata nella formazione medica per una pratica chirurgica:

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• Usando l'AR, i futuri astronauti possono provare la loro prima o successiva missione spaziale.
• AR consente il turismo virtuale. Le app AR, ad esempio, possono fornire indicazioni per destinazioni desiderabili, tradurre i segnali stradali e fornire informazioni sulle visite turistiche. UN buon esempio è un'app di navigazione GPS. Il contenuto AR consente la produzione di nuove esperienze culturali, ad esempio, in cui viene aggiunta ulteriore realtà ai musei.
• Ci si aspetta che la realtà aumentata espandersi a $ 150 miliardi entro il 2020 . Si sta espandendo più della realtà virtuale con $ 120 miliardi rispetto a $ 30 miliardi. I dispositivi abilitati per AR dovrebbero raggiungere i 2,5 miliardi entro il 2023.
• Lo sviluppo di applicazioni personalizzate è uno dei modi più comuni che le aziende utilizzano per interagire con la tecnologia AR. Le aziende possono ancora inserire annunci su piattaforme e contenuti AR di terze parti, acquistare licenze su software sviluppato o affittare spazi per i loro contenuti AR e il loro pubblico.
• Gli sviluppatori possono utilizzare piattaforme di sviluppo AR come ARKit e ARCore per sviluppare applicazioni e integrare AR nelle applicazioni aziendali.

Realtà Aumentata Vs Realtà Virtuale Vs Realtà Mista

La realtà aumentata è simile alla realtà virtuale e alla realtà mista in cui entrambe tentano di generare simulazioni virtuali 3D di oggetti del mondo reale. La realtà mista mescola oggetti reali e simulati.

Tutti i casi precedenti utilizzano sensori e marker per tracciare la posizione di oggetti virtuali e del mondo reale. AR utilizza i sensori e gli indicatori per rilevare la posizione degli oggetti del mondo reale e quindi per determinare la posizione di quelli simulati. L'AR esegue il rendering di un'immagine da proiettare all'utente. Nella realtà virtuale, che utilizza anche algoritmi matematici, il mondo simulato reagirà in base ai movimenti della testa e degli occhi dell'utente.

Tuttavia, mentre la VR isola l'utente dal mondo reale per immergerlo completamente in mondi simulati, la realtà aumentata è parzialmente immersiva.

=> Letture consigliate - AR Vs VR: un confronto

La realtà mista combina AR e VR. Implica l'interazione del mondo reale e degli oggetti virtuali.

Applicazioni di realtà aumentata

Esempio AR nella vita reale

• Elements 4D è un'applicazione per l'apprendimento della chimica che utilizza l'AR per rendere la chimica più divertente e coinvolgente. Con esso, gli studenti creano cubi di carta dai blocchi degli elementi e li posizionano davanti alle loro telecamere AR sui loro dispositivi. Possono quindi vedere rappresentazioni dei loro elementi chimici, nomi e pesi atomici. Gli studenti possono riunire i cubi per vedere se reagiscono e per vedere le reazioni chimiche.

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• Google Expeditions, in cui Google utilizza i cartoni, consente già agli studenti di tutto il mondo di fare tour virtuali per studi di storia, religione e geografia.
• L'Atlante di anatomia umana consente agli studenti di esplorare oltre 10.000 modelli 3D del corpo umano in sette lingue, per consentire agli studenti di apprendere le parti, come lavorano e per migliorare le loro conoscenze.
• Touch Surgery simula la pratica chirurgica. In collaborazione con DAQRI, una società di AR, le istituzioni mediche possono vedere i propri studenti che praticano interventi chirurgici su pazienti virtuali.
• IKEA Mobile App è famosa nelle procedure dettagliate e nei test di prodotti immobiliari e domestici. Altre app includono l'app Pokemon Go di Nintendo per i giochi.

Ulteriori informazioni = >> Esempi di applicazioni di realtà aumentata

Sviluppo e progettazione per AR

Le piattaforme di sviluppo AR sono piattaforme su cui è possibile sviluppare o codificare app AR. Esempi includono ZapWorks, ARToolKit, MAXST per Windows AR e AR per smartphone, DAQRI, SmartReality, ARCore di Google, piattaforma AR di realtà mista di Windows, Vuforia e ARKit di Apple. Alcuni consentono lo sviluppo di app per dispositivi mobili, altri per PC e su diversi sistemi operativi.

Le piattaforme di sviluppo AR consentono agli sviluppatori di fornire alle app diverse funzionalità come il supporto per altre piattaforme come Unity, tracciamento 3D, riconoscimento del testo, creazione di mappe 3D, archiviazione cloud, supporto per fotocamere singole e 3D, supporto per occhiali intelligenti,

Diverse piattaforme consentono lo sviluppo di app basate sui marker e / o sulla posizione. Le caratteristiche da considerare quando si seleziona una piattaforma includono il costo, il supporto della piattaforma, il supporto del riconoscimento delle immagini, il riconoscimento 3D e il tracciamento è una caratteristica più importante, il supporto per piattaforme di terze parti come Unity da cui gli utenti possono importare ed esportare progetti AR e integrarsi con altri piattaforme, supporto cloud o archiviazione locale, supporto GPS, supporto SLAM, ecc.

Le app AR sviluppate con queste piattaforme supportano una miriade di funzionalità e capacità. Possono consentire la visualizzazione del contenuto con uno o una gamma di occhiali AR che hanno oggetti AR prefabbricati, supporto per mappatura di riflessione in cui gli oggetti hanno riflessi, tracciamento di immagini in tempo reale, riconoscimento 2D e 3D,

Alcuni SDK o kit di sviluppo software consentono lo sviluppo di app mediante il metodo drag and drop, mentre altri richiedono conoscenze nella codifica.

Alcune app AR consentono agli utenti di sviluppare da zero, caricare e modificare i propri contenuti AR.

Conclusione

In questa realtà aumentata, abbiamo imparato che la tecnologia consente la sovrapposizione di oggetti virtuali in ambienti o oggetti del mondo reale. Utilizza una combinazione di tecnologie tra cui SLAM, rilevamento della profondità e rilevamento delle caratteristiche naturali e riconoscimento degli oggetti, tra gli altri.

Questo tutorial sulla realtà aumentata si è soffermato sull'introduzione dell'AR, le basi del suo funzionamento, la tecnologia dell'AR e la sua applicazione. Abbiamo finalmente considerato la migliore pratica per coloro che sono interessati a integrare e sviluppare per AR.

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