Prostorové počítání: Interakce s 3D prostředím

Prostorové počítání rychle transformuje způsob, jakým interagujeme s technologiemi, posouvá se od tradičních 2D obrazovek a rozhraní k pohlcujícím 3D prostředím. Tato změna paradigmatu nám umožňuje zapojit se do digitálního obsahu intuitivnějším, přirozenějším a kontextovějším způsobem. Tento článek se zabývá základními koncepty prostorového počítání, jeho různými aplikacemi, základními technologiemi a jeho potenciálním budoucím dopadem na různá odvětví a naše každodenní životy.

Co je prostorové počítání?

Jádrem prostorového počítání je schopnost strojů porozumět fyzickému světu ve třech rozměrech a interagovat s ním. Zahrnuje zachycování, zpracování a reprezentaci prostorových informací pro vytváření digitálních prostředí, která se bezproblémově prolínají s realitou nebo ji nahrazují. To zahrnuje:

• Porozumění fyzickému prostoru: Snímání a mapování prostředí pomocí senzorů, kamer a dalších technologií.
• Vytváření digitálních reprezentací: Generování 3D modelů, digitálních dvojčat a virtuálních prostředí.
• Umožnění 3D interakce: Umožnění uživatelům interagovat s digitálním obsahem přirozeným a intuitivním způsobem pomocí gest, hlasu a dalších vstupních metod.
• Kontextové povědomí: Porozumění poloze, orientaci a okolnímu prostředí uživatele za účelem poskytování relevantních a personalizovaných zážitků.

Prostorové počítání zahrnuje různé technologie, včetně rozšířené reality (AR), virtuální reality (VR) a smíšené reality (MR), souhrnně označované jako rozšířená realita (XR). Každá z těchto technologií nabízí různé úrovně ponoření a interakce s digitálním světem.

Rozšířená realita (AR)

AR překrývá digitální informace do reálného světa a zlepšuje naše vnímání reality. Představte si Pokémon GO, kde se ve vašem fyzickém prostředí objevují digitální stvoření, nebo IKEA Place, která vám umožní virtuálně umístit nábytek do vašeho domova před jeho zakoupením. Aplikace AR obvykle používají fotoaparát smartphonu nebo tabletu k zachycení reálného světa a poté na něj překryjí digitální obsah.

Příklady:

• Maloobchod: Virtuální zážitky ze zkoušení oblečení a doplňků.
• Výroba: Provádění pracovníků složitými montážními úkoly pomocí vizuálních instrukcí překrytých na zařízení.
• Vzdělávání: Interaktivní vzdělávací zážitky, které oživují učebnice pomocí 3D modelů a simulací. Například studenti v Japonsku mohou používat AR k prohlížení 3D modelů historických artefaktů v muzeích.
• Navigace: Superponování pokynů do reálného světa, což usnadňuje navigaci v neznámých lokalitách, efektivně implementováno v aplikacích veřejné dopravy v Singapuru.

Virtuální realita (VR)

VR vytváří zcela pohlcující digitální prostředí, které nahrazuje reálný svět. Uživatelé obvykle nosí náhlavní soupravu, která blokuje jejich okolí a zobrazuje virtuální svět před jejich očima. VR umožňuje uživatelům zažít simulovaná prostředí, hrát pohlcující hry a účastnit se virtuálních schůzek.

Příklady:

• Hraní: Pohlcující herní zážitky, které přenášejí hráče do fantastických světů.
• Školení a simulace: Školení pilotů, chirurgů a dalších odborníků v realistických simulovaných prostředích. Australské královské námořnictvo používá VR k výcviku námořníků v boji proti požáru na palubě lodi.
• Zdravotní péče: Léčba fobií, zvládání bolesti a rehabilitace pacientů. VR se používá k tomu, aby pomohla pacientům po mrtvici získat zpět motorické dovednosti ve Švýcarsku.
• Zábava: Virtuální koncerty, filmy a jízdy v zábavních parcích.

Smíšená realita (MR)

MR mísí reálný a virtuální svět a umožňuje digitálním objektům interagovat s fyzickým prostředím. Na rozdíl od AR, která jednoduše překrývá digitální obsah, MR umožňuje, aby se digitální objekty jevily, jako by byly fyzicky přítomny v reálném světě. Uživatelé mohou s těmito objekty interagovat a manipulovat s nimi pomocí gest a dalších vstupních metod.

Příklady:

• Design a inženýrství: Společné navrhování a vizualizace 3D modelů ve sdíleném fyzickém prostoru. Společnost BMW používá MR, aby umožnila designérům v Německu a Číně současně spolupracovat na návrzích automobilů.
• Vzdálená spolupráce: Umožnění vzdáleným týmům spolupracovat na fyzických projektech ve sdíleném virtuálním prostředí.
• Vzdělávání: Interaktivní vzdělávací zážitky, které umožňují studentům manipulovat s virtuálními objekty v reálném světě.
• Plánování operací: Chirurgové v Brazílii používají MR k vizualizaci nádorů a plánování složitých postupů.

Klíčové technologie umožňující prostorové počítání

Rozvoj a pokrok prostorového počítání je podpořen několika klíčovými technologiemi. Mezi ně patří:

Senzory a kamery

Senzory a kamery se používají k zachycení informací o fyzickém prostředí, včetně hloubky, pohybu a vizuálních dat. Tato data se pak používají k vytváření digitálních reprezentací světa.

• Hloubkové senzory: Zachycují informace o hloubce pro vytváření 3D modelů prostředí.
• Kamery: Zachycují vizuální data pro identifikaci objektů, sledování pohybu a vytváření zážitků rozšířené reality.
• Inerciální měřicí jednotky (IMU): Měří orientaci a pohyb pro sledování pohybu hlavy a těla uživatele.

Počítačové vidění

Algoritmy počítačového vidění se používají k analýze obrázků a videí zachycených senzory a kamerami. To umožňuje zařízením identifikovat objekty, sledovat pohyb a porozumět okolnímu prostředí.

• Rozpoznávání objektů: Identifikace objektů v obrázcích a videích.
• Sledování pohybu: Sledování pohybu objektů a lidí.
• Porozumění scéně: Porozumění rozvržení a struktuře prostředí.

Prostorový zvuk

Prostorový zvuk vytváří pohlcující a realističtější zvukový zážitek simulací způsobu, jakým se zvuk šíří v reálném světě. To umožňuje uživatelům slyšet zvuky přicházející z konkrétních míst ve virtuálním prostředí.

• Head-Related Transfer Functions (HRTFs): Simulují způsob, jakým je zvuk filtrován hlavou a ušima.
• Ambisonics: Zachycují a reprodukují zvuk ze všech směrů.
• Zvuk založený na objektech: Umožňuje zvukovým designérům umístit jednotlivé zvukové objekty do virtuálního prostředí.

Haptická zpětná vazba

Haptická zpětná vazba poskytuje uživatelům pocit dotyku, což jim umožňuje cítit virtuální objekty a interagovat s virtuálním prostředím realističtějším způsobem. Toho lze dosáhnout pomocí různých technologií, včetně:

• Vibrace: Poskytování jednoduché hmatové zpětné vazby prostřednictvím vibrací.
• Silová zpětná vazba: Použití sil na ruku nebo tělo uživatele k simulaci hmotnosti a odporu virtuálních objektů.
• Hmatová zpětná vazba: Simulace textury a tvaru virtuálních objektů pomocí malých akčních členů.

3D modelování a vykreslování

3D modelování a vykreslování se používají k vytváření a zobrazování virtuálních objektů a prostředí. To zahrnuje vytváření 3D modelů objektů, aplikování textur a materiálů a jejich vykreslování v reálném čase.

• Software pro 3D modelování: Používá se k vytváření 3D modelů objektů a prostředí.
• Vykreslovací motory: Používají se k vykreslování 3D modelů v reálném čase.
• Shadery: Používají se k řízení vzhledu povrchů a materiálů.

Aplikace prostorového počítání

Prostorové počítání má potenciál transformovat širokou škálu odvětví a aplikací. Zde je několik klíčových příkladů:

Hraní a zábava

Prostorové počítání způsobuje revoluci v herním a zábavním průmyslu a vytváří pohlcující a poutavější zážitky. VR hry přenášejí hráče do fantastických světů, zatímco AR hry překrývají digitální obsah do reálného světa. Prostorový zvuk a haptická zpětná vazba dále zlepšují pohlcující zážitek, díky čemuž se hry zdají realističtější a poutavější.

Vzdělávání a školení

Prostorové počítání transformuje vzdělávání a školení tím, že poskytuje interaktivnější a poutavější vzdělávací zážitky. VR simulace umožňují studentům procvičovat si složité postupy v bezpečném a kontrolovaném prostředí, zatímco AR aplikace oživují učebnice pomocí 3D modelů a simulací. Například studenti medicíny v Nigérii mohou používat VR k procvičování chirurgických postupů před operováním skutečných pacientů.

Zdravotní péče

Prostorové počítání se používá ve zdravotnictví k léčbě fobií, zvládání bolesti a rehabilitaci pacientů. VR terapie může pomoci pacientům překonat jejich obavy v bezpečném a kontrolovaném prostředí, zatímco AR aplikace mohou pomoci chirurgům při plánování a provádění složitých postupů. Použití VR pro zvládání bolesti je zvláště účinné u obětí popálenin, což snižuje jejich závislost na lécích proti bolesti v nemocnicích po celém světě.

Výroba a inženýrství

Prostorové počítání zlepšuje efektivitu a produktivitu ve výrobě a inženýrství. AR aplikace provádějí pracovníky složitými montážními úkoly, zatímco MR umožňuje designérům spolupracovat na 3D modelech ve sdíleném fyzickém prostoru. Digitální dvojčata, virtuální repliky fyzických aktiv, se stále více používají k monitorování a optimalizaci průmyslových procesů. Například společnost Rolls-Royce používá digitální dvojčata k monitorování výkonu svých proudových motorů v reálném čase, což jim umožňuje předvídat a předcházet poruchám.

Maloobchod a e-commerce

Prostorové počítání transformuje maloobchodní a e-commerce průmysl a poskytuje zákazníkům poutavější a personalizovanější nákupní zážitky. AR aplikace umožňují zákazníkům virtuálně si vyzkoušet oblečení, umístit nábytek do svých domovů a vizualizovat produkty ve svém reálném prostředí. To může zvýšit prodeje, snížit vratky a zlepšit spokojenost zákazníků. Mnoho online prodejců nyní nabízí nástroje AR, které spotřebitelům po celém světě umožňují vizualizovat produkty ve svých vlastních domovech.

Realitní trh

Prostorové počítání umožňuje potenciálním kupcům virtuálně si prohlédnout nemovitosti odkudkoli na světě. To je zvláště užitečné pro mezinárodní kupce nebo pro ty, kteří nemohou navštívit nemovitost osobně. AR aplikace lze také použít k vizualizaci renovací a vylepšení stávajících nemovitostí.

Výzvy a příležitosti

Zatímco prostorové počítání má obrovský potenciál, je třeba vyřešit několik výzev, abychom plně realizovali jeho výhody. Mezi ně patří:

• Technická omezení: Současné náhlavní soupravy AR a VR mohou být objemné, drahé a mít omezenou výdrž baterie.
• Tvorba obsahu: Vytváření vysoce kvalitního 3D obsahu může být časově náročné a drahé.
• Uživatelská zkušenost: Navrhování intuitivních a poutavých prostorových rozhraní může být náročné.
• Soukromí a bezpečnost: Ochrana uživatelských dat a zajištění bezpečnosti prostorových prostředí je zásadní.
• Etické úvahy: Řešení etických důsledků prostorového počítání, jako je potenciál pro závislost a sociální izolaci.

Navzdory těmto výzvám jsou příležitosti pro prostorové počítání obrovské. Jak se technologie neustále vyvíjí, můžeme očekávat ještě inovativnější a transformativnější aplikace prostorového počítání v nadcházejících letech.

Budoucnost prostorového počítání

Budoucnost prostorového počítání je jasná, s potenciálem způsobit revoluci ve způsobu, jakým interagujeme s technologiemi a světem kolem nás. Mezi klíčové trendy, které je třeba sledovat, patří:

• Pokroky v hardwaru: Lehčí, výkonnější a cenově dostupnější náhlavní soupravy AR a VR.
• Vylepšený software a algoritmy: Sofistikovanější počítačové vidění, prostorový zvuk a haptické technologie zpětné vazby.
• Vzestup Metaverse: Vývoj sdílených virtuálních světů, kde mohou uživatelé interagovat mezi sebou a s digitálním obsahem.
• Zvýšené přijetí v podnicích: Širší využití prostorového počítání ve výrobě, inženýrství, zdravotnictví a dalších průmyslových odvětvích.
• Demokratizace tvorby obsahu: Snadněji použitelné nástroje pro vytváření 3D obsahu a prostorových zážitků.

Prostorové počítání není jen technologický trend; je to změna paradigmatu, která zásadně změní způsob, jakým žijeme, pracujeme a hrajeme si. Jak se posouváme směrem k pohlcujícímu a propojenějšímu světu, bude prostorové počítání hrát stále důležitější roli při utváření naší budoucnosti.

Závěr

Prostorové počítání transformuje způsob, jakým interagujeme s digitálním světem, posouvá se od tradičních 2D rozhraní k pohlcujícím 3D prostředím. Porozuměním fyzickému světu ve třech rozměrech a interakcí s ním otevírá prostorové počítání širokou škálu možností pro inovace a transformace v různých odvětvích a v našem každodenním životě. I když stále existují výzvy, budoucnost prostorového počítání je jasná a slibuje pohlcující, intuitivnější a propojenější svět pro všechny.