Вы едете по шоссе, а вокруг не салон автомобиля, а раскинувшиеся за бортом пейзажи, будто между вами и миром нет слоёв металла и пластика. Никаких неудобных углов и слепых зон, никаких дверей и никакой крыши — только вы и дорога.
Обычно в обсуждениях проекционной дополненной реальности речь идёт о зданиях с залами, комнатами, внутренними и внешними стенами. Новую же форму AR можно назвать «дополненным кокпитом» — по аналогии с авиастроением, в котором цифровая прозрачность также может успешно применяться. Суть совместной разработки лабораторий учёных Сусуки Тачи (Susumu Tachi), Масахико Инами (Masahiko Inami) и Юджи Уема (Yuji Uema) из японского Университета Кейо в использовании камер, отражающих поверхностей и специального программного обеспечения для того, чтобы дать водителю автомобиля полный обзор окружающего его транспортное средство пространства.
Автомобилестроение пока не пришло к тому, чтобы делать машины из стекла. Во-первых, это не безопасно для водителя, пассажиров и тех, кому не посчастливится испытать столкновение с таким корпусом при аварии. Во-вторых, даже если сделать стекло структурным аналогом стали и прозрачным только изнутри, к постоянному ощущению свободного полёта над трассой в хрупкой ёлочной игрушке ещё предстоит привыкнуть. Поэтому японские учёные решили работать более традиционный методом: камеры, расположенные по периметру автомобиля с внешней стороны, передают потоковое видео на проекторы, которые проецируют картинку на внутренние поверхности в салоне, в результате чего они становятся почти прозрачными. Проекторы выиграли соревнование с дисплеями, потому что последние, не говоря о стоимости, пришлось бы гнуть и встраивать во все поверхности, включая задние сиденья. Использование ткани с нужными отражающими свойствами решило проблему некомфортного качества проекции.
Также в таком проекте обычная проекционная система потерпит неудачу из-за того, что что проекция не будет достаточно яркой в дневное время суток, её искажения на кривых поверхностях сделают картину мира неадекватной, а для правильной оценки перспективы водителю понадобятся 3D-очки. Это проблема была решена: проектор посылает свет ровно в том направлении, с которого его приняла камера. Правильность изображения может достигаться отслеживанием положения лица наблюдателя и соответствующей динамической корректировкой картинки.
Технология световозвращающей проекции (retroreflective projection technology — RPT), разработанная японцами, работает с тканью, которую покрывает слой из стеклянных шариков диаметром 50 микрон и делает отражение очень ярким. Более того, система использует по проектору для каждого глаза, так что может создать стереоскопический эффект без дополнительных средств. Вот, как это работает: проектор направляет лучи на полупрозрачное зеркало перед наблюдателем; часть пучка идёт на специальный экран, который отражает его обратно в зеркало, передающее изображение прямо в глаз наблюдателя.
Картинка остаётся яркой даже при хорошей внешней освещённости благодаря высокоэффективным стеклянным шарикам. Они при 1 люксе освещённости дают яркость отражения на уровне 500 кандел на люкс на квадратный метр. Умножим эту величину на 0,25 для учёта снижения яркости при прохождении через полупрозрачное зеркало и получим итоговые 125 кд/лк/м2. Экран для просмотра фильмов с аналогичной подсветкой даст около 1 кд/лк/м2. Другими словами, проекция с RPT-системой по меньшей мере в 100 раз ярче, чем обычная. А отражение вдоль оси проекции позволяет избежать искажений, даже если поверхности неровные.
Описываемая система также может работать как оптический камуфляж, который, например, скрыл бы в интерьере человека. Принятие технологии военными, однако, тормозится хотя бы тем, что для этого человек должен быть одет в костюм из ткани с упомянутыми микронными шариками. Кроме того наблюдатель должен видеть всё через полупрозрачное зеркало. Ещё одним возможным сценарием применения технологии является проецирование данных, полученных в результате рентгеновской съёмки, на пациента в операционной, что может быть полезно в хирургии с минимальным инвазивным вмешательством через небольшие отверстия. Использование данных с ультразвукового сканера позволит видеть на пациенте точное положение и размеры его внутренних органов в реальном времени.
В исследовании Университета Кейо описывается как система для одного зрителя, так и возможности её масштабирования для работы на несколько человек одновременно, когда несколько изображений в одно время проецируется на одном экране. Для этого каждого наблюдателя придётся снабдить полупрозрачным зеркалом. Другой метод создания автостереоскопического дисплея, который создаёт голограммы, заключается в использовании большого количества направлений проекции, созданной целым массивом RPT-проекторов. Для плавного отображения динамических сцен придётся использовать несколько десятков проекторов, однако имеющиеся в продаже устройства громоздки, и их трудно будет разместить достаточно близко друг к другу, чтобы картинка не дёргалась при смене угла зрения. Обойти это предлагается при помощи массива линз, каждая из которых хорошо освещена и по функции аналогична отдельному источнику изображения.
В настоящее время лаборатории работают над коммерческой реализацией системы с производителями автомобилей и их электронных комплектующих.
По материалам IEEE Spectrum
