WEAR – система дополненной реальности для астронавтов

Жизнь на борту Международной космической станции (МКС) – это тяжёлая работа. У членов экипажа есть разнообразные задачи, затрагивающие тысячи инструментов, компонентов и различных предметов. Астронавт Европейского космического агентства (ESA) Франк Де Винн (Frank De Winne) начал тестирование прототипа необычного помощника, разработанного для облегчения жизни в условиях космоса.

Wearable Augmented Reality ("Надеваемая система дополненной реальности", WEAR) – это компьютерный интерфейс, состоящий из надеваемой на голову конструкции с дисплеем для одного глаза, представляющего данные в виде 3D-графики, накладываемой на поле зрения пользователя. WEAR контролируется голосом и осуществляет определение местоположения и идентификацию объектов, чтобы предоставить астронавтам точную информацию о том, на что они смотрят, а также пошаговые инструкции выполнения сложных процедур. "В настоящий момент экипажи на МКС всё ещё используют бумажные руководства для многих операционных и обслуживающих задач, - объясняет сотрудник отдела моделирований и симуляций ESA Луис Аргуелло (Luis Arguello). – Очевидно, легче выполнить задачу с инструкцией в руке, чем без неё. Поэтому мы разработали новый тип пользовательского интерфейса, позволяющего астронавтам следовать точным указаниям в работе без необходимости держать что-либо вообще".

Тогда как хорошо знакомая концепция "виртуальной реальности" (virtual reality, VR) касается погружения в искусственные миры, "дополненная реальность" (или расширенная - augmented reality, AR) подразумевает объединение реального мира и моделируемых элементов. Технология уже нашла применение в таких областях, как симуляция полётов и тренировка хирургов, и количество прикладных задач постоянно увеличивается вместе с ростом мощности компьютеров. "Концепция WEAR началась как исследовательский проект Главной программы поддержки технологий (General Support Technology Programme) ESA, нацеленный на земное коммерческое использование, например, в архитектуре и поддержке космических миссий, - поясняет Аргуелло. – Это результат многих лет исследований в области VR/AR. Много времени ушло на предварительный этап, но внедрение пройдёт намного быстрее: поскольку WEAR одобрен ESA и NASA, мы должны работать не покладая рук, чтобы превратить прототип в действующее устройство".

В значительной степени система была собрана из доступных рядовому потребителю компонентов. Ключевые элементы -подсоединённый к наушникам с дисплеем мобильный компьютер, пара видеокамер для считывания штрих-кодов и распознавания объектов и узел измерения инерции (Inertial Measurement Unit, IMU). Распознавание позволяет WEAR определять местонахождение пользователя, проверяя его "вид из глаз" по хранимой в модуле 3D-карте, полученной из CAD-модели космического модуля Columbus. IMU работает как технология ориентирования на Apple iPhone и сообщает системе, в каком направлении двигается пользователь. Что касается программного обеспечения, WEAR имеет набор формирующего 3D-изображение ПО, приложения для распознавания и синтеза речи, анализа наблюдаемых объектов, считывания меток. Работа со штрих-кодами позволяет быстро идентифицировать и получить информацию о предметах на МКС, хранимую в Системе управления инвентарным списком (Inventory Management System).

Доставленная в августе на МКС, WEAR – скорее демонстрационная система, чем полнофункциональная модель, преимущественно из-за плана разработки и бюджетных аспектов, а также ограничений аппаратного обеспечения, доступного на станции. Всё оборудование для космических условий должно пройти тяжёлое тестирование надёжности и безопасности, и потребуется немало времени на осуществление этих операций с новым быстродействующим портативным компьютером вместо того, чтобы использовать имеющиеся на борту IBM 31P Thinkpad. Когда эти ноутбуки только попали на орбиту, они считались передовыми моделями, а теперь это устаревшие 5-летние устройства. В настоящий момент проходят тесты A61 Lenovo. Испытания WEAR начались в модуле Columbus 12 сентября. Thinkpad работает всего час с подключённым к нему устройством "расширенной реальности", поэтому задание было выбрано с учётом этого ограничения – замена фильтра. Де Винн имел возможность навигации с помощью голоса по каждой процедуре и визуализировать всю важную информацию, диаграммы и местоположение на WEAR, в то время как руки были свободны для работы.

Очки дополненной реальности - инструмент ремонта военных машин

В недалёком будущем среднестатистический владелец автомобиля, не располагающий знаниями коллектива механиков СТО, сможет без проблем самостоятельно отремонтировать любую деталь (при наличии запчастей, разумеется). Всё, что для этого потребуется – надеть очки, да не простые, а с технологией дополненной реальности (augmented-reality, AR). Виртуальные инструкции будут накладываться на видимые предметы реального мира и подсказывать, как извлечь или подсоединить тот или иной элемент. Но прежде, чем такие системы попадут на рынок, первыми их клиентами станут, как это обычно бывает, военные. Разработка Колумбийского университета (Columbia University) проходит испытания силами американских военно-морских сил и уже успела зарекомендовать себя: техническое обслуживание с её помощью осуществляется вдвое быстрее обычного количества времени.

Технологии AR имеют большой потенциал как в области развлечений, так и в решении практических задач. Благодаря непрерывно совершенствующимся чипам, камерам и сенсорам они уже приходят в смартфоны, где преимущественно указывают верное направление движения или показывают названия заведений на знакомом языке. Учёные же трудятся над более широкой функциональностью, в данном случае сотрудничая с механиками ВМС, чтобы убедиться в преимуществах дополненной реальности во время починки техники. В настоящее время персонал вынужден копаться в изложенной на бумаге или в электронных файлах технической информации об электрической, гидравлической и механической системах, размещённых в тесном пространстве. А важность быстрого восстановления военных машин очевидна.

Работает AR следующим образом. Пользователь надевает устройство наподобие системы ночного видения, и перед его взглядом появляются трёхмерные указатели на относящийся к ремонту компонент, текстовые инструкции, метки и предупреждения, а также анимированные модели подходящих инструментов. Контроль вывода данных осуществляется с помощью расположенного на запястье смартфона с сенсорным экраном G1 на платформе Android. По словам профессора компьютерных наук и главы Лаборатории компьютерной графики и пользовательских интерфейсов (Computer Graphics and User Interfaces Laboratory) Колумбийского университета Стивена Фейнера (Steven Feiner), идея заключается в предоставлении человеку "информации, необходимой для поиска и исправления проблем более эффективным и точным путём". Вместе с доцентом Военной академии США (United States Military Academy) Стивеном Хендерсоном (Steven Henderson) Фейнер изложил своё видение AR на Международном симпозиуме по смешанной и дополненной реальности (International Symposium on Mixed and Augmented Reality ISMAR 09), прошедшем на прошлой неделе в Орландо, Флорида. Статья учёных удостоилась награды как лучшая среди представленных работ.

Исследователи впервые объединили технологии лазерного сканирования и фотографии, благодаря чему построили трёхмерную модель интерьера транспортного средства и разработали программное обеспечение, инструктирующее пользователей в задачах техобслуживания. Десять камер внутри кабины использовались для отслеживания позиции трёх инфракрасных LED-диодов, расположенных на головном дисплее. В будущем камеры планируется интегрировать в надеваемую систему. Шесть участников теста выполнили 18 заданий с помощью AR. Для сравнения те же механики применяли не отслеживаемый дисплей, показывавший только статические инструкции без стрелок или указателей на компоненты. В первом случае задания были выполнены в среднем на 56% быстрее. А преимущество по отношению к стационарному компьютерному экрану составило 47%. "С точки зрения исследований эта работа – лучшее сопоставление различных техник: нормальной мультимедиа-системы, надеваемой и оснащённой дополненной реальностью", - говорит профессор Института технологий Джорджии (Georgia Institute of Technology) Блер МакИнтайр (Blair MacIntyre).

Дальнейшие планы команды разработчиков предполагают расширение функциональности AR таким образом, чтобы пользователь получал советы об оптимизации выполнения задачи. С целью же вывода на гражданский рынок систему нужно сделать компактной и комфортной. Хотя прототип был сконструирован преимущественно для тренировок военного персонала в техническом обслуживании определённых машин, технология может использоваться в самых разных областях. Например, она пригодится астронавтам, поскольку выполнение операций в условиях невесомости часто требует обеих рук, а во время работы со сложными опытами либо аппаратурой не обойтись без документации.

CAVE: система виртуального прототипирования

Немецкая компания Miele представила систему CAVE (Computer Aided Virtual Environment), предназначенную для виртуального моделирования высокотехнологичных домашних приборов. Система виртуальной реальности CAVE позволяет новым продуктам появляться сначала в компьютерной реальности, а затем — в настоящем мире.

Это значительно упростит процедуру обсуждения и дальнейшего внедрения самых фантастических концептуальных продуктов; впрочем, столь же легко эти продукты по необходимости можно будет изменить. Данная система будет использоваться в первую очередь разработчиком для проектирования передовых продуктов домашнего обихода.

Система CAVE создает полноценный трехмерный интерактивный виртуальный мир в высоком разрешении: 6,7 мегапикселей с частотой обновления до 30 кадров в секунду. Используется вариант из трех 3D стереостен, так же используется система трекинга, которая позволяет погружаться в виртуальный мир и воспринимать 3D изображение аналогично голографии. Таким образом, в скором времени практически любой желающий сможет производить собственные испытания любых, даже самых безумных, концептов.

Мозговой интерфейс Emotiv EPOC

На конференции Game Developers Conference компания Emotiv представила разработку под названием Emotiv EPOC. Это устройство, напоминающее экзотические наушники, оснащено электродами, с помощью которых происходит считывание сигналов, сопровождающих мыслительную активность пользователя. Полученные данные по беспроводной связи отсылаются в ПК, где используются для управления игровым процессом.

Как утверждается, Emotiv EPOC способен определить более 30 различных состояний пользователя, включая эмоциональные — увлеченность, возбуждение, напряженность, разочарование frustration; мимические — улыбку, смех, подмигивание, нахмуренные и удивленно приподнятые брови; и команды двигательной активности, такие, как «толкать», «тянуть», «поднять», «бросить», «повернуть» и другие. Доступен ряд команд, относящихся к визуальному восприятию: например, можно силой мысли сделать игровые объекты невидимыми.

Таким образом, по утверждению Emotiv Systems, ей удалось создать первый игровой манипулятор, позволяющий управлять персонажами компьютерных игр, используя мысли и эмоции пользователя. Кроме того, Emotiv EPOC имеет встроенный гироскоп, который дает возможность управлять положением курсора или ориентацией камеры с помощью движений головой.

Представленная модель является окончательным вариантом разработки, который довольно скоро будет доступен покупателям. На сайте Emotiv и у некоторых розничных поставщиков устройство должно появиться в конце текущего года по рекомендованной цене $299. Между прочим, на сайте компании уже можно сделать предварительный заказ.

Потенциал Emotiv EPOC может простираться далеко за пределы компьютерных игр. Компании Emotiv и IBM намерены исследовать возможность применения разработки в виртуальной реальности — технологии, способной найти применение в системах обучения или взаимодействия сотрудников и в других продуктах, ориентированных на корпоративных потребителей.

Интерактивное обучающее виртуальное приложение Innov8

IBM сегодня выпустила новую виртуальную среду Innov8, предназначенную для помощи студентам университетов и молодым специалистам в развитии знаний и навыков работы в сферах бизнеса и информационных технологий. Тысячи университетов по всему миру получили бесплатный доступ к Innov8 – новой «серьезной» игре от IBM.

Серьезные игры – это компьютерные игры и видеоигры, которые используются в образовательных целях и для профессионального тренинга. Подобно тому, как пилоты авиалайнеров сначала проходят курс обучения и тренировок на авиационных симуляторах, многие корпорации и университеты считают серьезные игры эффективным инструментом обучения профессиональным навыкам для поколения, которое родилось в эпоху видеоигр. Так, аналитики The Apply Group считают, что к 2012 году от 100 до 135 компаний из рейтингового списка Global Fortune 500 будут применять компьютерные игровые технологии для обучения и тренировки персонала, причем лидировать на этом направлении будут США, Великобритания и Германия.

Свыше тридцати колледжей и университетов уже включили новую игру в свои учебные планы. Начиная с сегодняшнего дня, более 2000 университетов по всему миру могут загрузить игру с Web-сайта IBM и начать использовать ее в своих аудиториях.

IBM создала Innov8 как новый метод обучения студентов бизнес-специальностей и молодых специалистов в области информационных технологий, многие из которых выросли, играя в видеоигры. С помощью этой игры они будут постигать науку успешной конкуренции в бизнесе.

Innov8 представляет собой интерактивную трехмерную обучающую игру, цель которой – показать взаимосвязи и возможности эффективного взаимодействия между командами ИТ-специалистов и руководителями бизнес-направлений в организации. Эта категория серьезных деловых игр (симуляторов, которые выглядят как игры, но оперируют не игровыми событиями и процессами, такими, как бизнес-операции) сформировалась как результативная методика тренировки персонала или развития новых профессиональных навыков.

Большинство программ MBA (предназначенных для подготовки Master of Business Administration – магистров делового администрирования; степень, получаемая выпускниками университетов, специализирующихся в области управления бизнесом) основано на методиках, которые отображают то, как отдельным специалистам или рабочим группам нужно взаимодействовать в реальном мире бизнеса. Деловая игра, построенная на новейших достижениях коммерческой игровой индустрии, позволяет игрокам наглядно представить, как технология и связанные с ней бизнес-стратегии влияют на эффективность предприятия. Таким образом, пользователи игры могут мысленно представить себе и визуально моделировать бизнес-процессы, определять в них «проблемные области», исследовать варианты внедрения технологических решений и оценивать возможные деловые сценарии по принципу «а что будет, если...».

Innov8 предназначена для дополнения таких учебных курсов, как Управление бизнес-процессами, Корпоративная стратегия, Управление операциями и Управление информационными технологиями. Концепция игры формировалась в течение года по результатам спонсируемого IBM конкурса, в котором приняли участие студенты и аспиранты бизнес-специальностей Университета Дьюка и Университета штата Северная Каролина в США.

Игра Innov8 в настоящее время доступна через IBM Academic Initiative – программу, предлагающую колледжам и университетам широкий спектр образовательных средств и методик для применения при обучении ИТ-дисциплинам. Образовательные учреждения, участвующие в этой программе, получают свободный доступ к программному обеспечению IBM, аппаратным средствам (предоставляемым со скидкой), обучающим материалам, учебным курсам и тренировочным методикам. К программе IBM Academic Initiative уже присоединились около 2000 университетов и 11 000 преподавателей со всего мира.

Виртуальный робот аватар

В онлайновой вселенной Second Life появился новый аватар - робот Эдд Хифенг серо-стального цвета с тонкими конечностями и широкими плечами, сообщает Associated Press. Однако Эдд отличается от всех остальных аватаров тем, что им управляет не человек, сидящий за клавиатурой, а компьютер. Этого виртуального робота с искусственным интеллектом создали исследователи из Политехнического института Ренсселера, ученые наделили свое детище ограниченной способностью разговаривать и размышлять.

По словам Селмера Брингсйорда, директора Ренсслерской лаборатории искусственного интеллекта, внедрение робота Эдда в Second Life - это недорогой способ тестирования технологий, разработанных в институте. Брингсйорд называет Эдда предшественником более совершенных созданий, которые смогут взаимодействовать с людьми внутри трехмерных изображений таких мест, как станции метро или городские улицы. Исследователь полагает, что голографические иллюзии могут быть использованы для тренировки работников аварийных служб или для разгадывания тайн.

Но сначала ученые решили протестировать робота в виртуальной реальности. Эдд не бегает беспорядочно по киберулицам вселенной Second Life, а ходит только там, куда его помещают для тестов Брингсйорд и его аспиранты. Робот может отвечать на простые вопросы, такие как "Откуда ты?", но понимает только английский язык, предварительно переведенный в математическую логику.

Second Life очень привлекательна для исследователей, поскольку виртуальная реальность менее беспорядочна, чем традиционная реальность. К примеру, ученым не приходится беспокоиться о неблагоприятных погодных условиях. Исследования в виртуальной реальности стали более популярными в последние пару лет. По словам специалистов, онлайновая вселенная - это фантастическое место для наилучшего восприятия, оно не слишком простое и не слишком сложное.

Брингсйорд отмечает, что вычисление интеллектуальных умений Эдда производилось на рабочих станциях и не перегружало серверы Second Life. А в скором времени подсчеты будут совершаться на суперкомпьютере в Политехническом институте Ренсселера при поддержке исследователей из компании IBM. Селмер Брингсйорд рассматривает Second Life как "промежуточную станцию" и хочет создать другое окружение, где более совершенные роботы с искусственным интеллектом смогут демонстрировать отвагу или обманывать людей. Это станет первым шагом в разработке технологии для распознавания обмана. Аватаров с искусственным интеллектом будут проектировать в Экспериментальном центре медиа и исполнительских искусств, который откроется в октябре текущего года.

"Виртуальная реальность" помогает бороться со стрессами

Тело старшего сержанта Джефа Эберта вздрагивает, когда придорожная мина взрывается около его транспортного средства. Дым застилает ему обзор; орудийный огонь грохочет вокруг. Все описанное выше не реальные ужасы очередного конфликта, а процедура терапии "Виртуальной реальностью".

Терапия виртуальным миром предоставляет врачам инструмент, использующий визуальные, слуховые и тепловые сигналы, чтобы подготовить своеобразную базу для лечения ветеранов (многочисленных в последнее время войн и конфликтов) с пост травматическими стрессовыми расстройствами.

"Практически каждый был затронут подобным опытом", - сказал бывший капитан армии США Реджер, недавно оставивший действительную военную службу, после года проведенного в Ираке в составе 62-й медицинской бригады.

"Огромное число военнослужащий возвращаются домой, и это единственная реабилитация, которую они проходят. Но есть и значимое меньшинство тех, кто действительно нуждается в дополнительной помощи. Мы действительно видим большое число таких людей здесь в клинике", - сказал Реджер.

Подобные исследования проводятся в Калифорнии, на Гавайях и в Джорджии. Программа "Мэдиган" получила грант в размере 200 тысяч долларов.

"Мы очень рады тому, что это действительно начнет что-то менять", - говорит Риззо, один из участников программы. Эксперимент "весьма реалистичен", сказал он, отметив, что его ладони вспотели во время демонстрации.

В ходе эксперимента старший сержант Эберт продвигается через моделируемую иракскую деревню и просматривает местность. Его правая рука рефлекторно перемещается в область бедра, где он обычно носил оружие во время патрулирования.

Клиницисты могут также добавить запахи: - запах тела, горящего пороха или каучука, чтобы усилить стресс во время терапии.

Когнитивная поведенческая терапия наряду с виртуальным миром, применяется для изучения людей с различными фобиями, включая страх полетов, высоты или пауков. Специалисты также работают с пациентами, попавшими в автомобильные аварии.

Подобные системы, с использованием "Виртуальной реальности" " применяются и для реабилитации пациентов потерявших возможность двигаться в Реабилитационном центре в больнице "Шеба" в Тель-Авиве.