Кіріспе

Нақты және виртуалды әлемдердің бірігуі жаңа ортаны құруға мүмкіндік береді.

Аралас шындық (АШ) – нақты әлемнің ортасы мен компьютерлік түрде жасалған ортаның бірігуін сипаттау үшін қолданылатын термин. Физикалық және виртуалды объектілер аралас шындық ортасында бір мезгілде болуы және нақты уақытта өзара әрекеттесуі мүмкін. Сейсендік элементтерін қамтитын аралас шындық кейде визуо-сейсендік аралас шындық деп аталады. Физика контекстінде "өзара әрекеттесу жүйесі" термині нақты әлемдегі баламасымен байланыстырылған виртуалды шындық жүйесін білдіреді. 2007 жылғы мақалада виртуалды шындықта ғана бар маятникпен байланыстырылған нақты физикалық маятниктерді қамтитын өзара әрекеттесу жүйесі сипатталған. Бұл жүйеде екі тұрақты қозғалыс күйі бар: екі маятник қозғалысы өзара байланысты емес "қос шындық" күйі және маятниктердің тұрақты фазалық синхронды қозғалысын көрсететін, өте байланысты "аралас шындық" күйі. "Аралас шындық" және "өзара әрекеттесу" терминдерінің қолданылуы физика контекстінде нақты анықталған, ал басқа салаларда сәл өзгеше болуы мүмкін. Дегенмен, бұл жалпы алғанда физикалық және виртуалды әлемді байланыстыратын құрал ретінде қарастырылады.

Қолданбалар

Аралас шындық дизайн, білім беру, ойын-сауық, әскери оқыту, денсаулық сақтау, өнім мазмұнын басқару және роботтарды адамның араласуымен басқару сияқты салаларда қолданылып келеді.

Білім

Модельдеуге негізделген оқыту VR және AR негізіндегі оқытуды, сондай-ақ интерактивті, тәжірибелік оқытуды қамтиды. Аралас шындық білім беру және кәсіби даярлау салаларында қолдануға болатын көптеген мүмкіндіктерді ұсынады. Білім беруде AR тарихи шайқастарды модельдеу үшін пайдаланылған, бұл студенттерге беспрецеденттік құбылу сезімін сыйлап, оқу процесін жақсартуға мүмкіндік береді. Бұдан өзге, AR денсаулық сақтау ғылымдары мен медицина студенттері үшін университеттерде тиімді екені дәлелденді, әсіресе үш өлшемді модельдердің көмегімен зерттелетін физиология және анатомия сияқты пәндерде.

Ойын-сауық

Телевизиялық бағдарламалардан бастап ойын консольдарына дейін, аралас шындық ойын-сауық саласында көптеген қолданыстарға ие. 2004 жылғы британдық Bamzooki ойын шоуы балалардан виртуалды "Зуктарды" жасауды және олардың түрлі сынақтарда қатысуын тамашалауды сұрады. Бұл шоу Зуктарды тіріге келтіру үшін аралас шындықты пайдаланды. Телевизиялық шоу төрт маусымға созылып, 2010 жылы аяқталды. Bamzooki-дегі сынақтар көбінесе зорлық-зомбылықсыз болғандықтан, FightBox-тың мақсаты жаңа қатысушыларға бәсекеде жеңіске жеткізе алатын ең күшті жауынгерді жасау болды. Пайдаланушылар қабырғаға қысқа мәтіндік үзінділерді немесе суреттерді жариялай алады және Pong сияқты қарапайым ойындарды ойнай алады. Жапонияда шығарылған күнінің алғашқы аптасында 73 918 дана сатылып, ол аптаның ең көп сатылған ойыны атанды. Басқа зерттеулер аралас шындықтың театр, кино және ойын-сауық парктерінде қолданылу мүмкіндіктерін қарастырды.

Әскери дайындық

Бірінші толыққанды араластырылған шындық жүйесі 1992 жылы Луи Розенберг Америка Құрама Штаттары Әуе күштерінің Армстронг зертханаларында жасаған Virtual Fixtures платформасы болды. Ол адамдарға нақты физикалық объектілер мен 3D виртуалды жапсырмаларды ("қондырмаларды") қамтитын нақты әлемдегі ортада роботтарды басқаруға мүмкіндік берді. Жарналы зерттеулер виртуалды объектілерді нақты әлемге енгізу арқылы адам операторларының өнімділігін айтарлықтай арттыруға болатынын көрсетті. Жауынгерлік шындықты күрделі, қабатталған деректер мен визуалды көмекші құралдарды пайдалану арқылы симуляциялауға және бейнелеуге болады, олардың көпшілігі – басқа маскилік дисплейлер (HMD), яғни пайдаланушының басына киілетін кез келген дисплей технологиясы. Әскери оқыту шешімдері көбінесе коммерциялық (COTS) технологияларға негізделген, мысалы Improbable синтетикалық орта платформасы, Virtual Battlespace 3 және VirTra, соңғы екі платформаны АҚШ Армиясы қолданады. 2018 жылдан бері VirTra азаматтық және әскери құқық қорғау органдары белсенді атыс, отбасылық зорлық-зомбылық және әскери жол тоқтату сияқты түрлі сценарийлерде қызметкерлерді оқыту үшін пайдаланады. Аралас шындық технологиясын АҚШ Армиясының зерттеу зертханасы осы стрестің шешім қабылдауға қалай әсер ететінін зерттеу үшін қолданды. Аралас шындықпен зерттеушілер әскери қызметшілерді солдаттардың аман қалмауы мүмкін жағдайларда қауіпсіз зерттей алады. 2017 жылы АҚШ Армиясы синтетикалық оқыту ортасын (STE) әзірледі, ол аралас шындықты қамтитын оқыту мақсатындағы технологиялар жиынтығы. 2018 жылы STE әлі де әзірленуде болды және жоспарланған аяқталу күні болған жоқ. STE-нің негізгі мақсаттары реализмді арттыру, симуляциялық оқыту мүмкіндіктерін кеңейту және STE-нің басқа жүйелерге қолжетімділігін арттыру болды. STE сияқты аралас шындық орталары оқыту шығындарын азайта алады, мысалы, оқыту кезінде жұмсалатын оқ-дәрі мөлшерін төмендету арқылы. 2018 жылы STE оқыту мақсатында әлемнің кез келген аймағының бейнесін қамтитыны хабарланды. STE бригадалық және жауынгерлік топтарға, соның ішінде Stryker, қару-жарақ және жаяу әскер топтарына түрлі оқыту мүмкіндіктерін ұсынады.

Аралас кеңістіктер

Аралас кеңістік – физикалық және виртуалды орталардың қасақана түрде тығыз байланыстырылған кеңістік. Аралас кеңістікті жобалаудың мақсаты – адамдарға аралас кеңістіктегі мазмұнға тікелей әсер ете отырып, қатысу сезімін сезіну тәжірибесін сыйлау. Аралас кеңістіктерге Microsoft HoloLens сияқты толықтырылған шындық құрылғылары, Pokémon Go сияқты ойындар, сондай-ақ көптеген смартфондық туризм қосымшалары, смарт-кездесу бөлмелері және автобус қадағалау жүйелері сияқты қосымшалар жатады. Блендинг идеясы – Гиль Фаукониер мен Марк Тернер ұсынған тұжырымдық интеграция немесе тұжырымдық араластыру идеяларынан туындаған. Мануэль Имаз және Дэвид Бенион бағдарламалық жасақтама инженериясы және адам-компьютер өзара әрекеттесуі саласындағы тұжырымдамаларды қарастыру үшін блендинг теориясын енгізді. Аралас кеңістіктің ең қарапайым іске асырылуы екі мүмкіндікті қажет етеді. Біріншісі – енгізу. Енгізу тактильдік сезімдерден бастап, қоршаған ортаның өзгеруіне дейін болуы мүмкін. Екіншісі – цифрлық кеңістіктен алынатын хабарламалар. Физикалық және цифрлық кеңістік арасындағы сәйкестіктер абстракцияланып, аралас кеңістіктің жобасында пайдаланылуы тиіс. Екі кеңістіктің толықтай бірігуі сирек кездеседі. Аралас кеңістіктерге кеңістіктерді байланыстыру үшін бекіту нүктелері немесе технологиялар қажет. Мұндай кеңістіктік өзара әрекеттесу пайдаланушының танымдық моделіне елеулі әсер етеді. Цифрлық кеңістік – Цифрлық кеңістік (немесе ақпараттық кеңістік) барлық ақпараттық мазмұннан тұрады. Бұл мазмұн кез келген нысанда болуы мүмкін.

Қашықтан жұмыс

Аралас шындық жаһандық жұмыс күшіне, қашықтан жұмыс істейтін командаларға бірлесіп жұмыс істеуге және ұйымның бизнес-мәселелерін шешуге мүмкіндік береді. Қызметкер физикалық тұрғысынан қайда орналасқанына қарамастан, ол наушник пен шуды басатын құлаққап киіп, ынтымақтастыққа негізделген, толыққанды виртуалды ортаға кіре алады. Бұл қолданбалар нақты уақытта дәл аударғандықтан, тілдік кедергілер маңызсыз болады. Бұл процеске икемділік те қосылады. Көптеген жұмыс берушілер әлі де жұмыс уақыты мен орнына қатысты икемсіз модельдерді қолданады, бірақ қызметкерлер өздерінің жұмыс істейтін орны, уақыты және тәсілі бойынша үлкен тәуелсіздікке ие болғанда өнімділігі артады деген дәлелдер бар. Кейбір қызметкерлер шулы ортада жұмыс істеуді ұнатады, ал басқаларына үнсіздік қажет. Біреулер таңертең, екіншілері түнде жақсы жұмыс істейді. Қызметкерлер ақпаратты өңдеудің әртүрлі жолдарының арқасында жұмыс тәсіліндегі тәуелсіздіктен де пайда көреді. Оқу стильдерінің классикалық моделі визуалды, аудиалды және кинестетикалық оқушыларды ажыратады. Машиналарға техникалық қызмет көрсетуді аралас шындық көмегімен де жүзеге асыруға болады. Көптеген өндіріс орындары мен көптеген жабдықтары бар ірі компаниялар өз қызметкерлерін оқыту және нұсқау беру үшін аралас шындықты пайдалана алады. Машиналарға үнемі тексеру қажет, және оларды кейде реттеуге тура келеді. Мұндай реттеулер көбінесе адамдар жасағандықтан, қызметкерлерге қажетті түзетулер туралы хабарлау қажет. Аралас шындықты пайдалану арқылы әртүрлі орындардан келген қызметкерлер наушник киіп, өзгерістер туралы тікелей нұсқаулар ала алады. Оқытушылар әрбір қызметкер көретін бейнені басқара алады, өндіріс аймағынан өте алады, техникалық егжей-тегжейлерге үлкейтіп қарап, қажетті өзгерістерді түсіндіре алады. Мұндай аралас шындық бағдарламасымен бес минуттық оқудан өткен қызметкерлердің 50 беттік оқу құралын оқығанмен бірдей нәтижелерге қол жеткізгені дәлелденді. Бұл ортаны кеңейту – операциядағы жабдықтардан алынған деректерді виртуалды ынтымақтастық кеңістігіне енгізу және оларды жабдықтың үш өлшемді виртуалды модельдерімен байланыстыру. Бұл жабдықтың техникалық қызмет көрсету, пайдалану және қауіпсіздік процестерін оқытуға және орындауға мүмкіндік береді, бұл тікелей ортада орындау қиын болған жұмыстарды, сондай-ақ олардың физикалық орналасқан жеріне қарамастан, сарапшыларды пайдалануға мүмкіндік береді.

Функционалдық макет

Аралас шындық физикалық және цифрлық элементтерді біріктіретін макеттерді құруға қолданылуы мүмкін. Одновременді локалдау және картографиялау (SLAM) технологиясын пайдалану арқылы макеттер физикалық ортамен өзара әрекеттесіп, заттардың қалыптасуы сияқты, көбінесе цифрлық және физикалық құралдарсыз бақылауға және талдауға мүмкін емес немесе өте қиын болатын нақтырақ сезімдік тәжірибелерді қамтамасыз ете алады.

Денсаулық сақтау

Операциялық бөлмеде хирургиялық процедураларды жеңілдету үшін ақылды көзілдіріктерді қолдануға болады; олар пациент туралы деректерді ыңғайлы түрде көрсетуге және хирург үшін нақты визуалды нұсқауларды қоюға мүмкіндік береді. Microsoft HoloLens сияқты аралас шындық гарнитуралары дәрігерлер арасында ақпаратты тиімді бөлісуге, сондай-ақ оқытуды жақсарту үшін платформа ұсынуға қабілетті деп есептеледі. Аралас шындықтың денсаулық сақтау саласын дамытуға зор әлеуеті бар, бірақ оның да кейбір кемшіліктері бар.

Өнім мазмұнын басқару

Аралас шындық пайда болғанға дейін өнім мазмұнын басқару көбінесе буклеттерден және осы екі өлшемді кеңістіктен тыс тұтынушылардың өніммен байланысының аз болуынан тұрды. Аралас шындық технологиясының дамуымен, өнім мазмұнын басқарудың жаңа, интерактивті түрлері пайда болды. Ең бастысы, әдетте екі өлшемді өнімдердің үш өлшемді цифрлық бейнелері тұтынушылардың өніммен өзара әрекеттесу мүмкіндігін және тиімділігін арттырды.

Роботтарды адаммен қатар басқару

Жақында аралас шындық технологияларындағы жаңа жетістіктер адам-робот өзара әрекеттесуі үшін баламалы коммуникация тәсілдеріне деген қызығушылықты жаңартты. HoloLens сияқты аралас шындық көзілдірігін киген адам-операторлар, мысалы, цифрлық фабрикада роботтармен және көтеру машиналарын (бақылау және басқару) орнында пайдалана алады. Бұл жағдай машинамен/процесспен/жүйемен аралас шындық интерфейсі арқылы дереу байланыс талап етеді, бұл цифрлық егіз технологиясын енгізу арқылы қамтамасыз етілуі мүмкін. Сәулет фирмалары клиенттерге армандаған үйлерін виртуалды түрде көруге мүмкіндік береді.

Дисплей технологиялары мен өнімдері

Аралас шындық виртуалды және физикалық әлемдердің жоғары деңгейде бірігуін білдірсе, аралас шындық ортасын құру үшін түрлі сандық орталар қолданылады. Олар қолға ұсталатын құрылғылардан бастап, толыққанды бөлмелерге дейін жете алады, олардың әрқайсысы әртүрлі салаларда пайдалы қолданысқа ие.

Үңгірдің автоматты виртуалды ортасы

CAVE – әдетте үлкен сыртқы бөлмеде орналасқан шағын бөлме, онда пайдаланушы өзінің айналасында, үстінде және астында проекцияланған дисплейлермен қоршалған. Бұл өнім дизайнерлеріне физикалық прототип жасауға ресурстар жұмсамастан бұрын, олардың прототиптерін сынауға мүмкіндік береді, сонымен қатар көзге көрінбейтін микроскопиялық орта немесе бүкіл завод сияқты объектілерді "қолмен" бағалауға жағдай жасайды. Бастапқы проекциялар 37 мегапикселдік 3D LCD панельдермен алмастырылды, желілік кабельдер CAVE2-ні интернетпен байланыстырады, ал дәл камера жүйесі пайдаланушы қозғалғанда ортаны өзгертуге мүмкіндік береді. HUD прототиптері алғаш рет әскери мақсаттарда, ұрыс ұшқыштарына көмектесу үшін қолданылды, бірақ кейін ұшудың барлық салаларында қолдау көрсетуге дамыды – ұрыстан басқа. Содан кейін HUD коммерциялық авиацияда стандартталды және ақырында автомобиль өнеркәсібіне енді. Автомобильдерде HUD-ті алғаш рет қолданған компаниялардың бірі – Pioneer's Heads up жүйесі, ол жүргізушінің күннен қорғайтын қалқанын жүргізуші алдындағы жолға бағытталған ақпаратты проекциялайтын дисплеймен алмастырды. General Motors, Toyota, Audi және BMW сияқты ірі өндірушілер кейбір модельдерде бас дисплейдің әртүрлі түрлерін қолданды.

Басына орнатылған дисплей

Басына орнатылған дисплей (БДД) – пайдаланушының көзінің алдына тікелей бейне проекциялау үшін бір немесе екі оптиканы қолданатын құрылғы. Оның қолданылу салалары медицина, ойын-сауық, авиация және инженерлік салаларды қамтиды, дәстүрлі дисплейлерге қол жеткізе алмайтын визуалды эффектілердің жаңа деңгейін ұсынады. Басына орнатылған дисплейлер ең көп танымалдылыққа ойын-сауық нарығында ие, ал ірі технологиялық компаниялар өздерінің қолданыстағы өнімдерін толықтыру үшін БДД-лерді әзірлеуде. Дегенмен, бұл басқа орнатылатын дисплейлер – виртуалды шындық дисплейлері болып табылады және физикалық әлеммен интеграцияланбайды. Керісінше, кеңейтілген шындық БДД-лері корпоративтік ортада көбірек бағаланады. Microsoft компаниясының HoloLens кеңейтілген шындық БДД-і медицинада дәрігерлерге тереңдеген уақтылы ақпарат беруге мүмкіндік береді, сондай-ақ инженерлік саласында физикалық әлемге қатысты маңызды деректерді қоюға да қолданылады. Magic Leap компаниясы да кеңейтілген шындық БДД-ін жасады, бұл стартап жеке секторда да, тұтынушылар нарығында да қолданылатын ұқсас өнімді дамытуда.

Мобильді құрылғылар

Мобильді құрылғылар, соның ішінде смартфондар мен планшеттер, есептеу қуаты мен тасымалдауға қолайлылығы тұрақты түрде артып келеді. Көптеген қазіргі заманғы мобильді құрылғылар кеңейтілген шындық қолданбаларын жасауға арналған құралдар жиынтығымен жабдықталған. АR технологиясын пайдаланатын ойын-сауық қолданбалары сәтті болғанымен, өнімділік пен пайдалы қолданбалар да АR мүмкіндіктерін енгізе бастады. Google өздерінің Google Maps қолданбасына жаңартулар жасады, олар пайдаланушының алдындағы көшелерге АR навигациялық көрсеткіштерін қосады, сондай-ақ 20-дан астам шет тіліндегі жазбаларды аударма мәтінімен көрсету үшін аударма қолданбасын кеңейтті. Мобильді құрылғылар – бұл ең көп қолданылатын дисплей технологиясы, себебі олар көбінесе үнемі қолда бар.