УДК 004.932.72’1
DOI: 10.15587/1729-4061.2022.251225
Ранжування технологічно-вагомих чинників, що визначають якість відтворення елементів доповненої реальності
Д. І. Баранова, В. М. Скиба, Т. В. Розум, К. І. Золотухіна
Робота присвячена дослідженню факторів впливу на процес відтворення елементів доповненої реальності.
Об’єктом дослідження є технологічно вагомі параметри впливу на процес відтворення елементів доповненої реальності при наведені камери телефону чи планшету на спеціальне зображення-маркер. Основна проблема дослідження – недостатність інформації стосовно проведення технологічного процесу ство- рення продукції з елементами доповненої реальності та велика кількість пара- метрів, які слід враховувати при виборі тої чи іншої технологічної операції, оскільки зміни значення цих факторів сильно впливають на коректність відт- ворення AR-елементів та використання такого роду продукції у подальшому.
У ході дослідження було визначено, що в останні роки дослідження переміс- тилися зі сфери науки у поліграфію та розваг. Це пояснюється можливостями технології – вау-ефект, увиразнення контенту, легкість створення тощо – роз- витком цифрових технологій та конкуренцією з цифровими продуктами.
Також було виявлено низьку дослідженість сфери продукції з нестабіль- ними умовами використання – одяг, паковання тощо. Це можна пояснити роз- витком поліграфічних технологій та можливостей у цій сфері лише останнім часом, збільшенням популярності такого роду продукції тільки в останні роки і як наслідок недостатнім рівнем знань у цій сфері. Проте така продукція має значно більшу популярність на ринку, що підкреслюється значним падінням об- сягів виробництва книжок, журналів тощо.
Результати дослідження вагомості чинників у процесах відтворення мар- керів дозволило виділити найбільш вагомі з них (параметри маркеру, характе- ристики матеріалів, умови використання тощо). Системний та комплексний підхід до розгляду факторів впливу цього дослідження дозволить розробити методи нормалізації процесу створення AR-продукції з нестабільними умовами використання, що дозволить виготовляти роботоздатну та надійну продук- цію за будь-яких умов.
Ключові слова: доповнена реальність, маркер доповненої реальності, відт- ворення маркерів.
1. Вступ
Тематика обраного дослідження – репродукування друкованої продукції, що вміщує маркери доповненої реальності (надалі – AR-елементи) з подальшим їх зчитуванням у ненормованих умовах.
Not
a reprint
Доповнена реальність – це цифрова технологія, яка дозволяє впровадити елементи цифрового світу (текст, ілюстрації, відео-елементи, аудіо, анімаційні елементи, 3D-об’єкти тощо) у реальний світ людини, зокрема у друковану про- дукцію. Для реалізації цієї технології елементи доповненої реальності друку- ються у вигляді об’єктів-маркерів на поверхні задруковуваних матеріалів. А далі вони скануються та розпізнаються за допомогою камери пристроїв (теле- фон, планшет, шолом, окуляри тощо). Після цього на екрані цих пристроїв від- творюється віртуальні об’єкти [1–3].
Обрана тематика є доволі актуальною, оскільки, застосування даної техно- логії, особливо у сфері поліграфії, є досить новим, а, отже, недостатньо вивче- ним питанням. А тому існує велика кількість малодосліджених факторів та осо- бливо їх впливу на виконання процесів, що потребують систематизації та гли- бокого вивчення.
Технологія доповненої реальності може застосовуватись як у продукції зі стабільними умовами використання, так із нестабільними. До першої групи можна віднести книжки, журнали, газети тощо, до другої – одяг, картонне та гнучке паковання, зовнішня і внутрішня реклама тощо. У першій сфері все до- волі глибоко досліджено – технології, які можна застосовувати, вимоги до еле- ментів доповненої реальності, умови коректного відтворення тощо – все це під- тверджується кількістю досліджень. У другій же сфері існує велика кількість факторів, які значно впливають на процеси відтворення елементів, які слід вра- ховувати при розробці такого роду продукції. Проте не розроблені чіткі етапи нормалізації технологічних процесів, не вивчений вплив факторів, не визначе- ний ступінь їх вагомості у процесі формування якості такого роду продукції.
У сфері доповненої реальності можна виділити технології створення та те- хнології відтворення AR-елементів. Перша категорія розвивалася та досліджу- валася протягом всього часу існування даної сфери і зараз її розвиток пішов на спад. Друга ж категорія стала цікавити дослідників тільки останнім часом, оскі- льки з’являються нові сфери застосування, нові проблеми та умови, що впли- вають на відтворення доповненої реальності, які потребують глибшого вивчен- ня та систематизації.
Для коректного відтворення інформації у процесі сканування необхідно дотримуватись ряду умов: чіткий точний відбиток маркеру, що відповідає ори- гіналу, відповідне колірне оформлення, деталізація рисунку маркеру тощо. До- тримання цих умов можливе у разі сканування AR-елементів в нормованих умовах. Це: освітлення, погодні умови, умови використання продукції з елеме- нтами доповненої реальності, характеристики підібраних матеріалів тощо. Про- те сьогодні багато друкованої продукції, що вміщують AR-елементи, викорис- товується в більш складних ненормованих умовах, а тому на відтворення еле- ментів доповненої реальності, а також і використання продукції в цілому впли- ватимуть різноманітні чинники. Це можуть бути й міцностні характеристики матеріалів, і стійкість до стирання і дії зовнішніх умов, і нестабільні умови дру- ку, і показники матеріалів, і навіть відповідність концепції умовам використан- ня тощо. Усі найменші чинники можуть стати критичним фактором впливу у процесі відтворення доповненої реальності.
For
reading
only
Для валідного відтворення інформації необхідно розглядати цю техноло- гію, як складну взаємопов’язану систему: оригінал-макет з AR-елементом (еле- ктронний файл) – задруковуваний матеріал – відбиток – система зчитування (сканування AR-елемента) – умови зчитування – елементи доповненої реально- сті на екрані пристрою користувача. Всі ці елементи системи необхідно розгля- дати в комплексі. Проте сучасні дослідження відбуваються у царині окремих елементів, без урахування їх взаємодії.
Визначення найбільш вагомих факторів та їх взаємовплив на коректність зчитування AR-елементів є актуальною задачею. По-перше, без врахування їх впливу неможливо казати про можливість використання такого роду продукції у будь-яких умовах. По-друге, вплив потрібно розглядати комплексно та систе- мно, оскільки навіть на перший погляд незначний чинник може мати найбіль- ший вплив на процес та на ступінь впливовості кожного чинника окремо.
Також можна зробити висновок, що отримувані результати за таким на- прямком досліджень дадуть змогу оперативно визначати та регулювати систему факторів, що впливатимуть на процеси відтворення доповненої реальності, а також ефективно реагувати на проблеми, що виникатимуть, з мінімальними ви- тратами. Загалом все це дозволить виготовляти якісну продукцію і застосовува- ти її не лише у традиційних сферах (ігри, поліграфія тощо), а й розробляти її для нових – туризм, економіка, політика тощо.
2. Аналіз літературних даних та постановка проблеми
Були проведені дослідження стосовно особливостей технологій створення елементів доповненої реальності. Так, у [4] розглядалися застосування елемен- тів доповненої реальності, що базується на застосуванні маркерів, у мобільних технологіях. Було досліджено ряд факторів на основі опитування (зі 100 мож- ливих було відібрано 22), що впливатимуть на таке впровадження серед насе- лення. Найбільш вагомими з них були визначені такі, як конфіденційність та безпечність. Проте фактори, що розглядалися, були більш глобальними та пов’язаними з питаннями безпеки особистої інформації. До уваги не бралися параметри самих пристроїв, характеристики маркерів тощо. У [5] навпаки розг- лядалися параметри безмаркерної технології та особливості її застосування. У цій роботі розглядалися особливості застосування саме безмаркерної технології у навчальному процесі для галузі автоматизації та управління. Було визначено, що на відміну від маркерної технології, безмаркерну легше та простіше інтег- рувати в освітній процес. Основною причиною цього є те, що немає необхідно- сті знання мов програмування для створення елементів доповненої реальності та пошуку шляхів впровадження маркерів по типу простих у продукцію. Також було досліджено ряд факторів, що мають вагоме значення у даному процесі. Це такі як відстань до маркеру, положення рук користувача у просторі, наявність стабільного Інтернету тощо.
Недолік описаних вище робіт – дослідження проводилися в рамках одні- єї обраної технології, не розглядаючи їх у комплексі для встановлення вимог щодо коректності відтворення маркерів за будь-яких умов, незважаючи на обрану технологію. Окрім того, фактори впливу на процес відтворення еле-
Not
a reprint
ментів доповненої реальності розглядалися лише з одного боку, не врахову- ючи їх комплексний вплив.
Ряд досліджень було проведено у сфері застосування доповненої реальнос- ті в освітній сфері.
У [6] було розглянуто питання впровадження доповненої реальності у ве- дення освітнього процесу у студентів неінженерного направлення та сприйнят- тя ними AR як інструменту навчання. Для цього було розроблено спеціальний тест та проведено експеримент. Результати дослідження показали, що викорис- тання даної технології дозволяє значно підвищити результати тестування порі- вняно з випадком з відсутністю даної технології. Це пояснюється тим, що дана технологія дозволяє полегшити розуміння контексту чи складних термінів шля- хом візуалізації прикладів. Окрім цього було визначено, що такі параметри да- ної технології, як відповідний актуальний контекст та простий інтерфейс кори- стувача є вагомими факторами, що впливають на сприйняття учнями результа- тів навчання. У дослідженні враховувалися лише візуальні фактори (відповід- ність концепції, дизайн маркерів тощо) та вікові (рівень навичок респондентів).
У досліджені [7] розглядалися особливості використання технологій допо- вненої реальності у інформаційному та навчальному середовищі у вищих на- вчальних закладах. У даній роботі в загальному були розглянуті особливості введення елементів доповненої реальності в освітній процес у ВНЗ, проведено аналітичний огляд зарубіжного досвіду. У результаті було визначено основне програмне забезпечення, яке дозволить використовувати технологію доповне- ної реальності – Unity, Vuforia, ARTool Kit, ARCore тощо. Також були визначе- ні основні переваги та недоліки використання цієї технології. До першої групи можна віднести інтерактивність, простота використання, вау-ефект. До другої – технічне обмеження практичної реалізації, вплив зовнішніх умов тощо.
У роботі [8] були розглянуті можливості застосування доповненої реально- сті у сфері медицини та освітньому процесі у ній. Дана технологія дозволяє ле- гше засвоювати матеріал, розуміти та представляти різноманітні формули та елементи, швидше засвоювати інформацію. Вона дозволяє створювати, за сло- вами автора, альтернативне середовище навчання. Окрім того, було дослідже- но, що застосування даної технології є значно дешевшим, ніж, наприклад, вір- туальної реальності. Це пов’язано з відсутністю необхідності закупівлі та вико- ристання дорогого обладнання та програмного забезпечення, що в свою чергу ще й дозволяє взаємодіяти з цифровим контентом на будь-якому рівні знань та навичок. Для дослідження були розроблені спеціальні тестові індивідуальні та групові 3-етапні завдання. Результати оцінювалися за допомогою статистичних методів. Було отримані загалом позитивні оцінки впровадження доповненої ре- альності в освітній процес – 69–88 % опитуваних відмітили зручність такої ін- теграції, 58–83 % - були не проти стосовно подальшого такого поєднання.
У [9] було проведено систематичний аналіз тенденцій та особливостей за- стосування доповненої реальності у сфері освіти, а також розглянуто вплив ро- зроблюваного контенту на результати освітніх досягнень. Методика виконання роботи полягала у проведені бібліометричного аналізу, використовуючи бібліо-
For
reading
only
теку Scopus, приділяючи увагу освітній сфері. У результаті була сформована загальна картина застосування доповненої реальності у сфері освіти.
Дослідження [10] інтеграція доповненої реальності та освітнього процесу була розглянута з іншої точки зору, ніж у попередніх роботах, а саме: найбільш вагомі характеристики доповненої реальності при застосуванні в освітній сфері (навчання програмуванню), а також основні переваги та недоліки. Для вирі- шення проблеми було проведено глибокий систематичний огляд літератури.
Такий метод дозволяє комплексно осягнути поняття та характеристики техно- логії. У результаті були визначені перспективи розвитку сфери та визначено необхідність подальших досліджень. Проте не було досліджено параметри при- строїв, що використовуватимуться у даному процесі, зовнішні умови, які харак- терні для використання тої чи іншої друкованої чи електронної продукції чи послуги тощо. Вони можуть значно вплинути на подальший розвиток сфери доповненої реальності у майбутньому та перспективи її застосування.
В роботі [11] проводився експеримент з вивчення впливу додатку із допов- неною реальністю на процес сприйняття інформації студентами з дисциплін, що пов’язані з механічним дизайном. Дослідження виконувалося серед студен- тів інженерних спеціальностей, а також бакалаврів технічних вузів. Частині з них був наданий AR-додаток, що допомагав легше розуміти інформацію, а час- тина проходила тест за класичною програмою без участі додаткових програм.
Результати проведеного тестування розробленого додатку з використанням кі- лькісних та якісних методів дало змогу побачити загалом позитивну оцінку ін- теграції цифрового та реального світу. Експеримент дав змогу підвищити ког- нітивне сприйняття інформації та підвищити рівень знань у більш простий та швидший спосіб.
Проте при розробці не враховувалися параметри цифрового контенту, осо- бливості апаратного забезпечення та характеристики друку та друкарських ма- теріалів. Комплексне дослідження їх впливу на результати тестування розроб- леного додатку дозволило розробити більш гнучке та універсальне програмне забезпечення, що працює за будь-яких умов.
При вивчені всіх цих робіт було визначено, що розглянуті роботи мають вагомі та фундаментальні результати для розвитку сфери доповненої реальності та створення додатків з нею. Проте при виконанні цих досліджень майже або цілком не враховувалися фактори впливу на відтворення елементів доповненої реальності та сприйняття контенту або розгляд виконувався лише з боку лише деяких параметрів, не враховуючи їх комплексний вплив в цілому. Цей недолік може виникати унаслідок вузької направленості робіт, що спричинює однобіч- ний розгляд проблеми, та недостатності знань у цій сфері внаслідок її новизни.
Подолати його дозволить розглядувана у даній роботі методика, що може бути застосована для будь-якої галузі використання доповненої реальності. Все це дозволить виготовляти якісну продукцію або ж проводити процес навчання, незважаючи на обрану технологію чи фактори впливу.
Робота [12] присвячена дослідженню особливостей застосування доповне- ної та віртуальної реальності та їх впливу на ринкові відносини. Проводився загальний огляд сфери, визначалися проблемні сфери та питання та порівнюва-
Not
a reprint
лися перспективи застосування доповненої реальності у різних сферах. У [13]
було проведено порівняння віртуальної та доповненої реальності. Особливий глибокий аналіз був проведений у сфері застосування цих технологій у сфері бізнесу та управління. Робота [14] являє собою аналіз нещодавніх досліджень розвитку та застосувань у доповненій реальності. Був проведений дуже глибо- кий комплексний аналітичний огляд статей та досліджень у сфері архітектури, інженерії, будівництва з приводу застосування доповненої реальності з викори- станням різних методів. Було виявлено 2 основних параметри впливу на процес використання додатків доповненої реальності – похибки реєстрації маркерів та сприйняття користувачем інформації. Відповідно до цього було обговорено ряд методів для майбутнього їх подолання.
Результати роботи дали змогу виявити різноманітні доволі цікаві можли- вості застосування технології доповненої реальності в окреслених сферах. Це можуть бути відвідування сайтів, дослідження статусу проектів, вирішення проблем в онлайн-режимі тощо. У [15] було висвітлено основні напрямки за- стосування доповненої реальності на основі досвіду промисловості. Особлива увага приділялася дослідженню роботи AR-окуляр. Дослідження проводилися за допомогою використання методу прототипування.
Результати розглянутих робіт дозволили дати критичну оцінку картини змін сфери доповненої реальності та перспектив її впровадження у різні сфери протягом наступних 5–8 років. Проте сфера поліграфії та друкованої продукції, а особливо з нестабільними умовами використання, виявилася недослідженою.
Це може бути пов’язано з тим, що на час виходу цих робіт у цих галузях дана технологія мало застосовувалася, а тому не потребувала широкого та глибокого дослідження. Зараз слід враховувати багато факторів, оскільки ставляться висо- кі вимоги до якості зокрема друкованої продукції, які потребують систематиза- ція та деталізації. Це можна зробити, використовуючи методику, описану у да- ному досліджені, що дозволяє розглядати вплив чинників у комплексі, розроби- ти та впорядкувати їх у систему. А також дасть змогу визначити ступінь ваго- мості їх впливу та застосувати ці знання на практиці у будь-якій сфері.
Також були досліджені загрози розвитку сфери [16]. У ході дослідження було встановлено 6 основних проблем за рахунок використання методу опиту- вання та анкетування, пов’язані з економічними можливостями користувачів та їх психології поведінки. На основі цього були встановлені можливості їх подо- лання. Проте при визначені загроз не враховувалися фактори процесу виготов- лення та використання такого роду продукції, що можуть значно вплинути на думку опитуваних. Це може бути пов’язано з обмеженістю застосовуваного у досліджені методу та неможливістю врахування усіх пунктів в одному тесті.
Окрім того, дослідження факторів з використанням методу графів викону- вались у класичній поліграфії. У роботі [17] за допомогою методу графів було вивчено методи подолання впливу факторів, що з’являються при виготовленні поліграфічної продукції. За допомогою цього методу було визначено найбільш вагомі з них, проведено їх систематизацію та класифікацію з побудовою графу розширеного технологічного процесу та часткового процесу. Все це дає змогу їх оптимізувати, полегшити та покращити. Дослідження [18] присвячено ви-
For
reading
only
вченню процесів тестування програмного забезпечення у сфері поліграфії. За допомогою методу графів було встановлено ієрархію факторів впливу та визна- чено найбільш вагомі з них. Зокрема це обмеження застосування того чи іншо- го програмного забезпечення при виборі тої чи іншої поліграфічної технології.
У [19] ґрунтовно та глибоко досліджені особливості оптимізації післядрукарських процесів, а також за допомогою методу графів визначено особливості перебігу кожного з етапів та фактори, що впливають на них. Це дасть змогу проєктувати різноманітні післядрукарські процеси, які будуть надійними за будь-яких умов.
Результати цих робіт дозволили системно та комплексно розглянути особ- ливості та проблеми виконання процесів класичної традиційної поліграфії, про- те у контексті доповненої реальності таких досліджень не проводилося. Все це дозволяє стверджувати, що доцільним є проведення дослідження, присвяченого розгляду питань, пов’язаних з розміщенням елементів доповненої реальності на друкованій продукції.
Як уже зазначалося, доповнена реальність – нова технологія, а тому вона є недостатньо вивченою, особливо в сфері виготовлення продукції з нестабіль- ними умовами використання такої, як одяг, паковання та вулична продукція. У більшості випадків вивчення цієї сфери зосереджується на особливостях розро- бки програмного забезпечення для створення елементів доповненої реальності.
Особливо невелика кількість досліджень у сфері відтворення елементів доповненої реальності та параметрів цього процесу. Існує ряд факторів, що впливатимуть на відтворення елементів доповненої реальності таких, як зовні- шні умови, умови друку, характеристики друкарських матеріалів, показники зображень-маркерів.
Проведений аналіз робіт дозволяє стверджувати про необхідність прове- дення обраного дослідження, оскільки воно буде актуальним та доцільним у тій ситуації, що існує на даний момент. Дане дослідження буде новим та матиме важливий внесок у розвиток сфери доповненої реальності. По-перше, буде ви- вчатися саме продукція з нестабільними умовами використання, яка є малодо- слідженою та несистематизованою, але така, що набирає широку популярність у порівнянні з класичними видами продукції. По-друге, досліджений вплив ви- значених факторів дозволить скласти суцільну картину та розробити систему рекомендацій для нормалізації системи, що відповідатиме за розпізнавання ма- ркерів. Її можна визначити як «оригінал-макет з AR-елементом (електронний файл) – задруковуваний матеріал – відбиток – система зчитування (сканування AR-елемента) – умови зчитування – елементи доповненої реальності на екрані пристрою користувача». Вона складатиметься з декількох підсистем (електрон- ний оригінал-маркер доповненої реальності, пристрої для розроблення та ска- нування маркерів, відбиток). Кожна з них потребуватиме дослідження впливу факторів, що мають вагомий вплив у них та їх комплексний вплив в цілому, аби в подальшому відтворення маркерів відбувалося правильно за будь-яких умов.
Окрім того, результати розглянутих робіт показали недостатнє дослідження сфери доповненої реальності з боку впливовості факторів на процеси відтво- рення елементів доповненої реальності. Це обумовлює у свою чергу також не- обхідність проведення дослідження в цьому напрямку.
Not
a reprint
3. Мета та задачі дослідження
Метою дослідження є визначення факторів та ступеня вагомості їх впливу, на процес відтворення маркерів доповненої реальності за будь-яких умов. Це дозволить розробити систему рекомендацій для нормалізації системи оригінал- задруковуваний матеріал-відбиток-система сканування маркерів, що у свою чергу дозволить удосконалити технологічний процес, зробивши його ефектив- нішим, економічнішим та простішим.
Для досягнення поставленої мети у роботі було виконано ряд задач, а саме:
– виконати патентний пошуку для визначення тенденцій розвитку у вибра- ній тематиці з ретроспективою 10 років;
– виокремити нові сфери застосування друкованої продукції з елементами доповненої реальності зі встановленням особливостей зчитування маркерів;
– визначити метрологічні параметри системи «оригінал-макет з AR- елементом (електронний файл) – задруковуваний матеріал – відбиток – система зчитування (сканування AR-елемента) – умови зчитування – елементи доповне- ної реальності на екрані пристрою користувача»;
– ранжувати вплив факторів один на одного за рахунок використання методу графів;
– сформувати систему найбільш вагомих параметрів впливу на процес від- творення маркерів доповненої реальності, контролювання якої дозволить нор- малізувати процес відтворення маркерів доповненої реальності.
4. Матеріали та методи дослідження
Для визначення тенденцій розвитку сфери доповненої реальності було ви- користано аналітичний метод дослідження при вивченні фахової науково- технічної літератури та інформаційних джерел.
Для визначення найбільш вагомих метрологічних параметрів системи
«оригінал-макет з AR-елементом (електронний файл) – задруковуваний матері- ал – відбиток – система зчитування (сканування AR-елемента) – умови зчиту- вання – елементи доповненої реальності на екрані пристрою користувача» ви- користовувалася наступна методика (на основі методу графів):
1. Визначення складових системи та їх основних характеристик.
2. Визначення факторів впливу на процес відтворення кожної підсистеми.
3. Побудова взаємозв’язків між визначеними метрологічними параметрами.
4. Побудова матриці досяжності на основі графічного представлення взає- мозв’язків визначених факторів складових системи «оригінал-макет з AR- елементом (електронний файл) – задруковуваний матеріал – відбиток – система зчитування (сканування AR-елемента) – умови зчитування – елементи доповне- ної реальності на екрані пристрою користувача».
5. Оцінка матриці досяжності з використанням аналітичного методу.
6. Побудова домінантної ієрархічної впорядкованої моделі критеріїв впливу.
7. Визначення найбільш вагомих параметрів складових системи «оригінал- макет з AR-елементом (електронний файл) – задруковуваний матеріал – відби- ток – система зчитування (сканування AR-елемента) – умови зчитування – еле- менти доповненої реальності на екрані пристрою користувача».
For
reading
only
8. Представлення у графічному вигляді взаємозв’язків між параметрами підсистем, визначення факторів, що потребуватимуть нормалізації у випадку продукції з нестабільними умовами використання.
5. Результати досліджень чинників, що визначають якість відтворення маркерів доповненої реальності
5. 1. Проведення патентного пошуку у сфері доповненої реальності Для визначення напрямків розвитку у сфері доповненої реальності було про- ведено патентний пошук, регламент якого представлено у табл. 1. Розподіл патен- тного пошуку по рокам для обраних предметів пошуку представлений на рис. 1-3.
Таблиця 1
Регламент патентного пошуку
Предмет пошуку Мета Країни
Класифі- каційні ін-
декси
Ретро- спекти-
вність
Джерела інфор-
мації 1. Доповнена реаль-
ність.
2. Технологія допо- вненої реальності.
3. Програмні засоби для створення AR-
елементів.
4. Продукція з еле- ментами доповненої
реальності.
5. Пристрої для від- творення елементів доповненої реально-
сті
Визна- чення на-
прямків розвитку
сфери доповне-
ної реа- льності
Республіка Ко- рея; Федератив-
на республіка Німеччина;
США; Китайська Народна Респуб-
ліка, Японія, Французька Рес- публіка, Канада,
Сполучене Ко- ролівство Вели-
кої Британії та Північної Ірлан-
дії
G06T19/00
; G06T7/00 G06F1/16;
G06F3/034 6;
G06F3/048 8;
G06F3/16;
H04N5/232
; H04R1/02;
H04R1/10
10 років (2012–
2021)
Інтернет ресурси:
ep.espace net.com, tgs.freshp atents.co
m, Google Patents
Також було проаналізовано сфери розвитку галузі для визначення її слаб- ких місць. На рис. 4 представлено розподіл патентів по основним сферам засто- сування та рокам.
За результатами проведеного патентного пошуку та на основі аналізу літе- ратурних джерел зроблено такі висновки:
– тематика доповненої реальності є актуальною. Проте дослідження про- водились за окремими елементами технології і не розглядались в комплексі;
– стабільне патентування за предметом пошуку «технології доповненої ре- альності» та «доповнена реальність» свідчить про вихід «на плато» розвитку технології. Це, в свою чергу вказує на насиченість ринку новою продукцією, що потребує правильного підбору технологій, врахування всіх факторів впливу та в результаті більш детального вивчення;
– стагнація у сегменті патентування «пристроїв для відтворення AR- елементів» демонструє насиченість ринку і зниження зацікавленості у його роз-
Not
a reprint
витку, оскілки на даному етапі розвитку доповнена реальність не потребує складного обладнання для демонстрації;
– стабільне зростання патентування в області продукції з елементами до- повненої реальності показує зацікавленість ринку саме у використанні друко- ваної продукції з цими елементами;
– основними сферами, у якій найбільше застосовується доповнена реаль- ність, що підтверджується найбільшою кількістю патентів у них, є відеоігри, наука, освіта, друкована продукція (поліграфія) та медицина;
– на початку свого розвитку дана технологія розвивалася в основному у 2 сферах – наука та освіта. Це може бути пов’язано з розвитком досліджень за даною тематикою та рівнем розроблюваних технологій;
– бурхливий розвиток доповненої реальності у сфері відеоігор припав на 2014 рік і продовжує мати тенденцію до розвитку. Це може бути пов’язано із розвитком цифрових технологій та цифрової сфери в цілому;
– з 2018 року ще однією сферою, в якій доповнена реальність отримала розповсюдження та зацікавленість до дослідження, стала поліграфія (друкована продукція). Це може бути пов’язано з приверненням уваги розробників до мож- ливостей доповненої реальності привертати увагу до продукції, розширюючи її можливості та залучаючи все більше потенційних покупців. Як видно з прове- деного аналізу застосування елементів доповненої реальності у друкованій продукції розвивається, оскільки у ній існує ще чимало незрозумілих моментів та факторів, що впливатимуть на процеси та є маловивченими. Вони потребу- ють глибокого дослідження та систематизації. А тому й зростає кількість пате- нтів саме у цій сфері.
Рис. 1. Розподіл патентів по роках за предметом патентного пошуку «доповнена реальність як продукт»
For
reading
only
а
б
Рис. 2. Розподіл патентів по роках за предметом патентного пошуку: а – технологія доповненої реальності; б – програмне забезпечення для створення
доповненої реальності
Not
a reprint
а
б
Рис. 3. Розподіл патентів по роках за предметом патентного пошуку: а – продукція з елементами доповненої реальності; б – пристрої для відтворення
AR-елементів
For
reading
only
Рис. 4. Розподіл патентів по роках та сферах застосування
Для розроблення системи факторів за описаною методикою спочатку не- обхідно провести ще детальне вивчення сфери застосування доповненої реаль- ності, аби виявити дійсно важливі та мало дослідженні, що мають багато слаб- ких місць та потребують більш глибокого аналізу.
5. 2. Визначення сфер застосування доповненої реальності
Визначені та систематизовані основні сфери застосування доповненої реа- льності. На основі їх результатів було розроблено наступну класифікацію про- дукції, на якій можна застосовувати елементи доповненої реальності, що наве- дені на рис. 5, 6 відповідно.
Також було визначено, що:
– серед потенційних користувачів популярні наступні категорії продукції з елементами доповненої реальності:
– вироби з текстилю – 30 %;
– паковання – 40 %;
– вулична реклама – 20 %;
– книжки, журнали, газети – 10 %.
– розподіл досліджень у даних сферах має наступний вигляд:
– вироби з текстилю – 65 %;
– паковання – 11 %;
– вулична реклама – 12 %;
– книжки, журнали, газети – 11 %.
Not
a reprint
Рис. 5. Сфери застосування доповненої реальності
For
reading
only
Як можна побачити, продукція, що зараз є популярною, мало досліджуєть- ся. Тому вона потребує більш детального вивчення для визначення факторів, що впливатимуть на відтворення маркерів. Окрім того, це дасть змогу їх пода- льшого унормування для скорочення можливості виникнення помилок при ви- користанні такого роду продукції.
Рис. 6. Класифікація продукції з елементами доповненої реальності
Також було визначено напрямки досліджень у сфері технологій доповненої реальності, так як ступінь дослідження цього питання впливатиме на якість ви-
Not
a reprint
конання процесів виготовлення продукції. А також він визначатиме якість го- тової продукції в цілому. Напрямок досліджень у даній сфері перемістився у сферу технологій відтворення маркерів доповненої реальності. Це можна пов’язати з розвитком цифрової сфери, появою нових пристроїв для відтворен- ня елементів доповненої реальності, їх параметрами та особливостями роботи.
Отримані результати дають змогу звузити зону досліджень до друкованої продукції з елементами доповненої реальності з нестабільними умовами вико- ристання з дослідженням факторів, що впливатимуть на валідність обраної тех- нології відтворення маркерів. Саме такого роду продукція є найбільш вразли- вою до наявності або відсутності багатьох умов, але при цьому вони глибоко не дослідженні, конкретизовані, систематизовані та нормалізовані, хоча така про- дукція зараз є найбільш популярною. А, отже, саме для цієї сфери і проводи- меться подальше дослідження.
5. 3. Визначення метрологічних параметрів системи «оригінал-макет з AR-елементом (електронний файл) – задруковуваний матеріал – відбиток – система зчитування (сканування AR-елемента) – умови зчитування – еле- менти доповненої реальності на екрані пристрою користувача»
5. 3. 1. Визначення складових системи та їх основних характеристик У процесі репродукування продукції з AR-елементами необхідно виокре- мити окремі етапи випуску та їх складові. Це створення цифрового контенту, що не пов’язаний безпосередньо з випуском друкованого виробу, проєктування дизайну продукції з AR-елементами, додрукарської підготовки та друкування продукції. Окрім того, у цьому процесі дуже важливу роль відіграє процес тес- тування маркерів на їх відтворюваність на пристрої зчитування. На валідне від- творення інформації у цій операції суттєво впливають умови зчитування: освіт- лення, параметри пристрою, характеристики камери, показники матеріалів, об- рана технологія друку тощо.
Від зміни цих характеристик у кожному процесі залежатиме використання такого роду продукції в цілому. Вони можуть вплинути на зміну рисунку мар- керу, його колірне оформлення, чіткість елементів. Це у свою чергу вплине на точність відтворення цифрового контенту на екрані телефону чи планшету при наведені його камери на маркер, бо найважливіше у цьому процесі – максима- льна відповідність маркеру-відбитку маркеру-оригіналу. Якщо маркер-відбиток видозміниться у наслідок впливу факторів, то зменшиться можливість його від- творити. Камера-аналізатор, порівнюючи зображення у пам’яті пристрою із тим, що сканується у даний момент, не знайде між ними відповідності та кон- тент не відтвориться.
Тому репродукування друкованої продукції з AR-елементами необхідно роз- глядати в комплексі, як складну систему, з окресленням взаємопов’язаних чинни- ків, що визначають коректність, а іноді і можливість, відтворення інформації.
У цій системі можна виділити три підсистеми – підсистема цифрового ко- нтенту, підсистема підсистема апаратного забезпечення та відбитка. Перша включає увесь цифровий контент, що наповнює елемент доповненої реальності.
For
reading
only
Друга слугує для створення та відтворення елементів доповненої реальності.
Третя включає сам відбиток, матеріал, фарба, системи контролю, умови тощо.
Перша підсистема має найбільш загальні вимоги щодо нормалізації, оскі- льки її параметри мають найменший вплив на процес відтворення маркерів, впливаючи лише на якість відтворюваного контенту.
У другій підсистемі можна контролювати мінімальні значення характерис- тик апаратного забезпечення, що дозволить якісно вплинути на процес відтво- рення маркерів.
Третя підсистема має найбільш істотний вплив на процес відтворення, оскільки від правильного підбору її складових буде залежати взагалі можли- вість зчитування та подальшого відтворення цифрового контенту. Тому саме цю підсистему і буде детально розглянуто.
5. 3. 2. Визначення факторів впливу на процес відтворення кожної підсистеми
У підсистемі маркера-відбитку можна виділити наступні фактори, що впли- вають на процес відтворення AR-елементів, які можна розділити на певні групи:
а) фактори, що відповідають характеристикам задруковуваного матеріалу:
с1 – колір задруковуваного матеріалу (КЗМ); с2 – щільність задруковуваного матеріалу (ЩЗМ); с3 – гнучкість задруковуваного матеріалу (ГЗМ); с4 – текс- турність задруковуваного матеріалу (ТЗМ); с5 – наявність додаткового покрит- тя (НДП); с6 – стійкість до дії зовнішніх факторів матеріалу (СЗФМ);
б) фактори, що відповідають характеристикам фарби: с7 – в’язкість фарби (ВФ); с8 – глянець фарби (ГФ); с9 – прозорість фарби (ПФ); с10 – стійкість до дії зовнішніх факторів фарби (СЗФФ);
в) характеристики маркеру-відбитку: с11 – розмір маркеру (РМ); с12 – де- талізація рисунку маркеру (ДМ); с13 – контрастність маркеру і фону (КМФ);
г) зовнішні умови використання: с14 – інтенсивність освітлення (ІО); с15 – рівномірність освітлення (РО); с16 – світлова температура (СТ); с17 – площин- ність поверхні з маркером (ПП); с18 – статичність поверхні з маркером (СП);
с19 – погодні умови (ПУ); с20 – наявність додаткового захисного елементу (ДЗЕ); с21 – умови зберігання продукції з маркером (УЗП);
д) умови одержання відбитків: с22 – спосіб друку (СД); с23 – роздільна здатність зображення (РЗ); с24 – чіткість відтворення ліній (ЧВЛ); с25 – кіль- кість фарб (КФ).
У підсистемі пристроїв для створення та відтворення елементів доповненої реальності можна також виділити наступні фактори, як також матимуть вплив не тільки на процес відтворення, але й на фактори системи відбитка:
а) параметри апаратного забезпечення для створення елементів доповненої реальності (РС, графічний планшет): b1 – обсяг операційної пам’яті (ОЗП); b2 – обсяг пам’яті жорсткого диску (ПЗП); b3 – обсяг відео-пам’яті (ОВП); b4 – діа- гональ дисплею (ДД); b5 – кількість відтворюваних кольорів (КК); b6 – яскра- вість екрану (ЯЕ); b7 – контрастність екрану (КЕ);
б) параметри апаратного забезпечення для відтворення елементів доповне- ної реальності (смартфон, планшет): b8 – обсяг пам’яті (ОП); b9 – кількість від-
Not
a reprint
творюваних кольорів (КВК); b10 – роздільна здатність екрану (РЗЕ); b11 – відс- тань та параметри фокусування (ВПФ).
У підсистемі електронного оригіналу можна виділити такий параметр, як обсяг пам’яті отриманого елементу доповненої реальності. Саме він матиме найбільший вплив на параметри підсистеми пристроїв та їх правильний підбір.
На основі визначених факторів надалі у дослідженні буде сформовано сис- тему найбільш вагомих параметрів впливу на процес відтворення маркерів до- повненої реальності, контролювання якої дозволить нормалізувати процес відт- ворення маркерів доповненої реальності. Для цього необхідно буде виконати ранжування впливовості факторів на основі побудови взаємозв’язків між ви- значеними метрологічними параметрами, формуванням матриці досяжності та створенням домінантної ієрархічної впорядкованої моделі критеріїв впливу.
5. 4. Ранжування впливу факторів один на одного
Для виконання поставлених завдань у попередньому розділі було проран- жовано рівень впливовості факторів один на одного за рахунок використання методу графів за наступною методикою [20, 21]:
1. Побудова системи взаємозв`язків між факторами, наведеними вище, яка виконувалася за допомогою програмного забезпечення Adobe Illustrator на ос- нові опитування експертів (21) різного рівня навичок – студентів, викладачів, фахівців-поліграфістів. У ході опитування використовувався як досвід респон- дентів, так і проведення експерименту шляхом сканування тест-зразків (рис. 7) різного розміру та вигляду в реальних умовах та оцінці впливу факторів на цей процес. Оцінка проводилася за наступною системою:
– 2 – високий рівень вагомості впливу фактору;
– 1 – середній або незначний рівень впливу;
– 0 – впливу фактору на процес відтворення майже немає або взагалі відсу- тній у порівнянні з іншими.
Створена система взаємозв’язків представлена на рис. 8.
2. Далі виконується побудова матриці досяжності на основі рис.8 та обрахо- вування середнього значення та певного перерахунку для системи «оригінал- макет з AR-елементом – задруковуваний матеріал – відбиток – система зчитуван- ня – умови зчитування – елементи доповненої реальності на екрані пристрою ко- ристувача». Вона виконувалася наступним чином з використанням (1), (2):
ij ,
R r (1)
де R – досяжність у графі, i=j=1, 2, 3, 4…n; n – ціле число вершин графу;
rij=1, якщо вершина хj досяжна з хi, rij=0, якщо вершина хj недосяжна з хi.
Тоді для елементів матриці, що будуть розташовані по діагоналі, R=1, так як вони досяжні самі в себе через шлях довжиною 0. Тоді елементи першого порядку Г+1(xi) являють собою вершини xj, до яких можна дійти з вершин xi че- рез шлях довжиною 1. Та ж сама залежність здійсненна й для елементів інших
