Qu'est-ce que la réalité augmentée - Technologie, exemples et histoire

what is augmented reality technology

Ce didacticiel complet explique ce qu'est la réalité augmentée et comment cela fonctionne. Découvrez également la technologie, les exemples, l'histoire et les applications de la RA:

Ce didacticiel commence par expliquer les bases de la réalité augmentée (RA), y compris ce qu'elle est et comment elle fonctionne. Nous examinerons ensuite les principales applications de la RA, telles que la collaboration à distance, la santé, les jeux, l'éducation et la fabrication, avec de riches exemples. Nous couvrirons également le matériel, les applications, les logiciels et les appareils utilisés dans la réalité augmentée.

Ce tutoriel s'attardera également sur les perspectives du marché de la réalité augmentée et les enjeux et défis autour des différents sujets de réalité augmentée.

Ce que vous apprendrez:

• Qu'est-ce que la réalité augmentée?
  • Définition de la réalité augmentée
  • Types de RA
    • # 1) RA basée sur les marqueurs
    • # 2) AR sans marqueur
    • # 3) RA basée sur des projets
    • # 4) AR basée sur la superposition
  • Brève histoire de la RA
• Comment fonctionne la RA - Technologie derrière elle
  • Technologie de réalité augmentée
  • Appareils et composants de la RA
  • Avantages de la RA
• Réalité augmentée vs réalité virtuelle vs réalité mixte
• Applications de réalité augmentée
  • Exemple de RA dans la vraie vie
  • Développement et conception pour la RA
• Conclusion
  • lecture recommandée

Qu'est-ce que la réalité augmentée?

La RA permet de superposer des objets virtuels dans des environnements réels en temps réel. L'image ci-dessous montre un homme utilisant l'application IKEA AR pour concevoir, améliorer et vivre la maison de ses rêves.

(image la source )

Définition de la réalité augmentée

La réalité augmentée est définie comme la technologie et les méthodes qui permettent la superposition d'objets et d'environnements du monde réel avec des objets virtuels 3D à l'aide d'un appareil AR, et de permettre au virtuel d'interagir avec les objets du monde réel pour créer les significations voulues.

Contrairement à la réalité virtuelle qui tente de recréer et de remplacer tout un environnement réel par un environnement virtuel, la réalité augmentée consiste à enrichir une image du monde réel avec des images générées par ordinateur et des informations numériques. Il cherche à changer la perception en ajoutant des vidéos, des infographies, des images, du son et d'autres détails.

À l'intérieur d'un appareil qui crée du contenu AR; Les images 3D virtuelles sont superposées sur des objets du monde réel en fonction de leur relation géométrique. L'appareil doit pouvoir calculer la position et l'orientation des objets par rapport aux autres. L'image combinée est projetée sur des écrans mobiles, des lunettes AR, etc.

De l'autre côté, il existe des dispositifs portés par l'utilisateur pour permettre la visualisation du contenu AR par un utilisateur. contrairement à casques de réalité virtuelle qui plongent complètement les utilisateurs dans des mondes simulés, les lunettes AR ne le font pas. Les lunettes permettent d'ajouter, de superposer un objet virtuel sur l'objet du monde réel, par exemple, placer des marqueurs AR sur les machines pour marquer les zones de réparation.

Un utilisateur utilisant les lunettes AR peut voir l'objet réel ou l'environnement autour d'eux mais enrichi avec l'image virtuelle.

Bien que la première application ait été dans l'armée et la télévision depuis la création du terme en 1990, la RA est maintenant appliquée dans les jeux, l'éducation et la formation, et d'autres domaines. La plupart sont appliqués en tant qu'applications AR qui peuvent être installées sur les téléphones et les ordinateurs. Aujourd'hui, il est enrichi de technologies de téléphonie mobile telles que le GPS, la 3G et la 4G et la télédétection.

Types de RA

La réalité augmentée est de quatre types: RA sans marqueur, basée sur des marqueurs, basée sur la projection et basée sur la superposition. Voyons-les un par un en détail.

# 1) RA basée sur les marqueurs

Un marqueur, qui est un objet visuel spécial comme un signe spécial ou quoi que ce soit, et une caméra sont utilisés pour lancer les animations numériques 3D. Le système calculera l'orientation et la position du marché pour positionner efficacement le contenu.

Exemple de RA basé sur des marqueurs: Une application d'ameublement AR mobile basée sur des marqueurs.

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# 2) AR sans marqueur

Il est utilisé dans les applications d'événements, d'affaires et de navigation, par exemple, la technologie utilise des informations basées sur la localisation pour déterminer le contenu que l'utilisateur obtient ou trouve dans une certaine zone. Il peut utiliser un GPS, des boussoles, des gyroscopes et des accéléromètres comme cela peut être utilisé sur les téléphones portables.

L'exemple ci-dessous montre qu'une RA sans marqueur n'a pas besoin de marqueurs physiques pour placer des objets dans un espace réel:

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# 3) RA basée sur des projets

Ce type utilise une lumière synthétique projetée sur les surfaces physiques pour détecter l'interaction de l'utilisateur avec les surfaces. Il est utilisé sur les hologrammes comme dans Star Wars et d'autres films de science-fiction.

L'image ci-dessous est un exemple montrant une projection d'épée dans un casque AR basé sur un projet AR:

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# 4) AR basée sur la superposition

Dans ce cas, l'article d'origine est remplacé par une augmentation, totalement ou partiellement. L'exemple ci-dessous permet aux utilisateurs de placer un meuble virtuel sur une image de pièce avec une échelle sur l'application Catalogue IKEA.

IKEA est un exemple de RA basée sur la superposition:

Brève histoire de la RA

1968 : Ivan Sutherland et Bob Sproull ont créé le premier écran de tête au monde avec une infographie primitive.

L'épée de Damoclès

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1975 : Videoplace, un laboratoire AR, est créé par Myron Krueger. La mission était d'avoir des interactions du mouvement humain avec des trucs numériques. Cette technologie a ensuite été utilisée sur des projecteurs, des caméras et des silhouettes à l'écran.

Myron Krueger

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1980: EyeTap, le premier ordinateur portable remporté devant l'œil, développé par Steve Mann. EyeTap a enregistré des images et en a superposé d'autres. Cela pourrait être joué par des mouvements de tête.

Steve Mann

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1987 : Un prototype d'affichage tête haute (HUD) a été développé par Douglas George et Robert Morris. Il a affiché des données astronomiques sur le ciel réel.

HUD automobile

1990 : Le terme de réalité augmentée a été inventé par Thomas Caudell et David Mizell, chercheurs de la société Boeing.

David Mizell

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Thomas Caudell

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1992: Virtual Fixtures, un système AR, a été développé par Louise Rosenberg de l’US Airforce.

Appareils virtuels:

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1999: Frank Deigado et Mike Abernathy et leur équipe de scientifiques ont développé un nouveau logiciel de navigation capable de générer des données sur les pistes et les rues à partir d'une vidéo d'hélicoptère.
2000: ARToolKit, un SDK open-source, a été développé par un scientifique japonais Hirokazu Kato. Il a ensuite été ajusté pour fonctionner avec Adobe.
2004: Système AR extérieur monté sur casque présenté par Trimble Navigation.
2008: Guide de voyage AR pour les appareils mobiles Android créé par Wikitude.
2013 à ce jour: Google Glass avec connexion Internet Bluetooth, Windows HoloLens - Lunettes AR avec capteurs pour afficher des hologrammes HD, le jeu Pokemon Go de Niantic pour les appareils mobiles.

Lunettes intelligentes:

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Comment fonctionne la RA - Technologie derrière elle

Le premier est la génération d'images d'environnements du monde réel. La deuxième consiste à utiliser une technologie qui permet la superposition d'images 3D sur les images des objets du monde réel. Le troisième est l'utilisation de la technologie pour permettre aux utilisateurs d'interagir et de s'engager avec les environnements simulés.

La RA peut être affichée sur des écrans, des lunettes, des appareils portables, des téléphones mobiles et des écrans de casque.

Lire aussi = >> Meilleures lunettes intelligentes AR

En tant que tel, nous avons la RA basée sur mobile, la RA avec équipement de casque, les lunettes intelligentes AR et la RA basée sur le Web. Les casques sont plus immersifs que les types mobiles et autres. Les lunettes intelligentes sont des appareils AR portables qui fournissent des vues à la première personne, tandis que les lunettes basées sur le Web ne nécessitent le téléchargement d'aucune application.

Configurations des lunettes AR:

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Il utilise S.L.A.M. technologie (localisation et cartographie simultanées) et technologie de suivi de la profondeur pour calculer la distance à l'objet à l'aide de données de capteur, en plus d'autres technologies.

Technologie de réalité augmentée

La technologie AR permet une augmentation en temps réel et cette augmentation a lieu dans le contexte de l'environnement. Des animations, des images, des vidéos et des modèles 3D peuvent être utilisés et les utilisateurs peuvent voir des objets à la lumière naturelle et synthétique.

SLAM visuel:

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Technologie de localisation et de cartographie simultanées (SLAM) est un ensemble d'algorithmes qui résolvent des problèmes de localisation et de cartographie simultanés.

SLAM utilise des points de fonction pour aider les utilisateurs à comprendre le monde physique. La technologie permet aux applications de comprendre des objets et des scènes 3D. Il permet de suivre instantanément le monde physique. Il permet également la superposition de simulations numériques.

SLAM utilise un robot mobile tel que la technologie des appareils mobiles pour détecter l'environnement environnant puis créer une carte virtuelle; et tracez sa position, sa direction et son chemin sur cette carte. Outre la RA, il est utilisé sur les drones, les véhicules aériens, les véhicules sans pilote et les robots nettoyeurs, par exemple, il utilise l'intelligence artificielle et l'apprentissage automatique pour comprendre les emplacements.

La détection et les correspondances de caractéristiques sont effectuées à l'aide de caméras et de capteurs qui collectent des points de caractéristiques à partir de différents points de vue. La technique de triangulation déduit alors l'emplacement en trois dimensions de l'objet.

En RA, SLAM aide à insérer et à fusionner l'objet virtuel en un objet réel.

RA basée sur la reconnaissance: Il s'agit d'une caméra pour identifier les marqueurs afin qu'une superposition soit possible si un marqueur est détecté. L'appareil détecte et calcule la position et l'orientation du marqueur et remplace le marqueur du monde réel par sa version 3D. Ensuite, il calcule la position et l'orientation des autres. La rotation du marqueur fait pivoter l'objet entier.

Approche basée sur la localisation. Ici tLes simulations ou visualisations sont générées à partir de données collectées par GPS, boussoles numériques, accéléromètres et vélocimètres. C'est très courant dans les smartphones.

Technologie de suivi de la profondeur: Les caméras de suivi de carte de profondeur telles que Microsoft Kinect génèrent une carte de profondeur en temps réel en utilisant différentes technologies pour calculer la distance en temps réel des objets dans la zone de suivi par rapport à la caméra. Les technologies isolent un objet de la carte de profondeur générale et l'analysent.

L'exemple ci-dessous est un suivi manuel à l'aide d'algorithmes de profondeur:

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Technologie de suivi des caractéristiques naturelles: Il peut être utilisé pour suivre des objets rigides dans un travail de maintenance ou d'assemblage. Un algorithme de suivi à plusieurs étages est utilisé pour estimer plus précisément le mouvement d'un objet. Le suivi des marqueurs est utilisé, en alternative, aux côtés des techniques d'étalonnage.

La superposition d'objets 3D virtuels et d'animations sur des objets du monde réel est basée sur leur relation géométrique. Les caméras de suivi de visage étendues sont maintenant disponibles sur les smartphones tels que l'iPhone XR qui dispose de caméras TrueDepth pour permettre de meilleures expériences AR.

Appareils et composants de la RA

Caméra Kinect AR:

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Caméras et capteurs: Cela inclut les caméras AR ou autres caméras, par exemple, sur les smartphones, prenez des images 3D d'objets du monde réel pour les envoyer pour traitement. Les capteurs collectent des données sur l'interaction de l'utilisateur avec l'application et les objets virtuels et les envoient pour traitement.

Appareils de traitement: Les smartphones, ordinateurs et appareils spéciaux AR utilisent des graphiques, des GPU, des processeurs, de la mémoire flash, de la RAM, du Bluetooth, du WiFi, du GPS, etc. pour traiter les images 3D et les signaux des capteurs. Ils peuvent mesurer la vitesse, l'angle, l'orientation, la direction, etc.

Projecteur: La projection AR consiste à projeter des simulations générées sur des objectifs de casque AR ou d'autres surfaces pour la visualisation. Cela utilise un projecteur miniature.

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Voici une vidéo: Premier projecteur AR pour smartphone

Réflecteurs: Les réflecteurs tels que les miroirs sont utilisés sur les appareils AR pour aider les yeux humains à visualiser des images virtuelles. Un ensemble de petits miroirs incurvés ou de miroirs double face peut être utilisé pour réfléchir la lumière vers la caméra AR et l'œil de l'utilisateur, principalement pour aligner correctement l'image.

Appareils mobiles: Les smartphones modernes sont très applicables à la RA car ils contiennent un GPS intégré, des capteurs, des caméras, des accéléromètres, des gyroscopes, des boussoles numériques, des écrans et des GPU / CPU. De plus, les applications AR peuvent être installées sur des appareils mobiles pour des expériences AR mobiles.

L'image ci-dessous est un exemple qui montre AR sur iPhone X:

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Affichage tête haute ou HUD: Un appareil spécial qui projette des données AR sur un écran transparent pour visualisation. Il a d'abord été utilisé dans la formation militaire, mais maintenant il est utilisé dans l'aviation, l'automobile, la fabrication, les sports, etc.

Lunettes AR également appelées lunettes intelligentes: Les lunettes intelligentes servent à afficher les notifications par exemple, depuis les smartphones. Ils incluent les lunettes Google, les lunettes Laforge AR et Laster See-Thru, entre autres.

Lentilles de contact AR (ou lentilles intelligentes): Ceux-ci sont portés pour être en contact avec les yeux. Des fabricants tels que Sony travaillent sur des objectifs dotés de fonctionnalités supplémentaires telles que la capacité de prendre des photos ou de stocker des données.

Les lentilles de contact AR sont portées au contact de l'œil:

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Écrans rétiniens virtuels: Ils créent des images en projetant des lumières laser dans l'œil humain.

Voici une vidéo: Affichage rétinien virtuel

Avantages de la RA

Voyons quelques avantages de la RA pour votre entreprise ou organisation et comment l'intégrer:

• L'intégration ou l'adoption dépend de votre cas d'utilisation et de votre application. Vous voudrez peut-être l'utiliser pour surveiller les travaux de maintenance et de production, effectuer des visites virtuelles de biens immobiliers, annoncer des produits, booster la conception à distance, etc.
• Aujourd'hui, les cabines d'essayage virtuelles peuvent aider à réduire les retours d'achat et à améliorer les décisions d'achat prises par les acheteurs.
• Les vendeurs peuvent produire et publier du contenu RA de marque intéressant et y insérer des publicités afin que les gens puissent découvrir leurs produits lorsqu'ils regardent le contenu. La RA améliore l'engagement.
• Dans la fabrication, les marqueurs AR sur les images des équipements de fabrication aident les chefs de projet à surveiller le travail à distance. Cela réduit le besoin d'utiliser des cartes numériques et des plantes. Par exemple, un appareil ou une machine peut être pointé sur place pour déterminer s'il s'adapte en position.
• Les simulations immersives de la vie réelle offrent des avantages pédagogiques aux apprenants. Les simulations dans l'apprentissage et la formation basés sur le jeu présentent des avantages psychologiques et augmentent l'empathie parmi les apprenants, comme l'ont montré les chercheurs.
• Les étudiants en médecine peuvent utiliser des simulations AR et VR pour essayer d'abord et autant de chirurgies que possible sans budgets lourds ou blessures inutiles aux patients, le tout avec une immersion et des expériences quasi-réelles.

L'image ci-dessous montre comment la RA est appliquée dans la formation médicale pour un cabinet de chirurgie:

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• Grâce à la RA, les futurs astronautes peuvent tenter leur première ou prochaine mission spatiale.
• La RA permet le tourisme virtuel. Les applications de RA, par exemple, peuvent fournir des directions vers des destinations souhaitables, traduire les panneaux dans la rue et fournir des informations sur les visites touristiques. UNE bon exemple est une application de navigation GPS. Le contenu de RA permet la production de nouvelles expériences culturelles, par exemple, lorsqu'une réalité supplémentaire est ajoutée aux musées.
• La réalité augmentée devrait passer à 150 milliards de dollars d'ici 2020 . Il se développe plus que la réalité virtuelle avec 120 milliards de dollars contre 30 milliards de dollars. Les appareils compatibles AR devraient atteindre 2,5 milliards d'ici 2023.
• Le développement d'applications de marque propre est l'un des moyens les plus courants que les entreprises utilisent pour s'engager dans la technologie AR. Les entreprises peuvent toujours placer des publicités sur des plates-formes et du contenu AR tiers, acheter des licences sur des logiciels développés ou louer des espaces pour leur contenu AR et leur public.
• Les développeurs peuvent utiliser des plates-formes de développement AR telles que ARKit et ARCore pour développer des applications et intégrer la RA dans les applications métier.

Réalité augmentée vs réalité virtuelle vs réalité mixte

La réalité augmentée est similaire à la réalité virtuelle et à la réalité mixte où toutes deux tentent de générer des simulations virtuelles 3D d'objets du monde réel. La réalité mixte mêle objets réels et simulés.

Tous les cas ci-dessus utilisent des capteurs et des marqueurs pour suivre la position d'objets virtuels et réels. AR utilise les capteurs et les marqueurs pour détecter la position des objets du monde réel, puis pour déterminer l'emplacement des objets simulés. L'AR rend une image à projeter à l'utilisateur. En réalité virtuelle, qui utilise également des algorithmes mathématiques, le monde simulé réagira alors en fonction des mouvements de la tête et des yeux de l'utilisateur.

Cependant, alors que la réalité virtuelle isole l'utilisateur du monde réel pour le plonger complètement dans des mondes simulés, la RA est partiellement immersive.

=> Lecture recommandée - AR Vs VR: une comparaison

La réalité mixte combine à la fois AR et VR. Cela implique l'interaction du monde réel et des objets virtuels.

Applications de réalité augmentée

Exemple de RA dans la vraie vie

• Elements 4D est une application d'apprentissage de la chimie qui utilise la RA pour rendre la chimie plus amusante et engageante. Avec lui, les élèves fabriquent des cubes de papier à partir des blocs d'éléments et les placent devant leurs caméras AR sur leurs appareils. Ils peuvent alors voir des représentations de leurs éléments chimiques, noms et poids atomiques. Les élèves peuvent rassembler les cubes pour voir s'ils réagissent et pour voir les réactions chimiques.

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• Google Expeditions, où Google utilise des cartons, permet déjà aux étudiants du monde entier de faire des visites virtuelles pour des études d'histoire, de religion et de géographie.
• Human Anatomy Atlas permet aux étudiants d'explorer plus de 10 000 modèles 3D de corps humain en sept langues, pour permettre aux étudiants d'apprendre les parties, leur fonctionnement et d'améliorer leurs connaissances.
• Touch Surgery simule la pratique de la chirurgie. En partenariat avec DAQRI, une société de RA, les établissements médicaux peuvent voir leurs étudiants pratiquer la chirurgie sur des patients virtuels.
• L'application mobile IKEA est réputée pour ses solutions et tests de produits immobiliers et domestiques. D'autres applications incluent l'application Pokemon Go de Nintendo pour les jeux.

En savoir plus = >> Exemples d'applications de réalité augmentée

Développement et conception pour la RA

Les plateformes de développement AR sont des plateformes sur lesquelles vous pouvez développer ou coder des applications AR. Exemples incluent ZapWorks, ARToolKit, MAXST pour Windows AR et AR pour smartphone, DAQRI, SmartReality, ARCore de Google, la plate-forme Windows en réalité mixte AR, Vuforia et ARKit par Apple. Certains permettent le développement d'applications pour mobile, d'autres pour PC et sur différents systèmes d'exploitation.

Les plates-formes de développement AR permettent aux développeurs de donner aux applications différentes fonctionnalités telles que la prise en charge d'autres plates-formes telles que Unity, le suivi 3D, la reconnaissance de texte, la création de cartes 3D, le stockage en nuage, la prise en charge de caméras simples et 3D, la prise en charge de lunettes intelligentes,

Différentes plates-formes permettent le développement d'applications basées sur des marqueurs et / ou basées sur la localisation. Les fonctionnalités à prendre en compte lors de la sélection d'une plate-forme incluent le coût, la prise en charge de la plate-forme, la prise en charge de la reconnaissance d'image, la reconnaissance 3D et le suivi est une fonctionnalité la plus importante, la prise en charge de plates-formes tierces telles que Unity à partir desquelles les utilisateurs peuvent importer et exporter des projets AR et s'intégrer à d'autres plates-formes, support cloud ou stockage local, support GPS, support SLAM, etc.

Les applications AR développées avec ces plates-formes prennent en charge une myriade de fonctionnalités et de capacités. Ils peuvent permettre de visualiser le contenu avec une ou une gamme de lunettes AR contenant des objets AR prédéfinis, la prise en charge du mappage de réflexion où les objets ont des reflets, le suivi d'image en temps réel, la reconnaissance 2D et 3D,

Certains SDK ou kits de développement logiciel permettent le développement d'applications par glisser-déposer tandis que d'autres nécessitent des connaissances en codage.

Certaines applications AR permettent aux utilisateurs de développer à partir de zéro, de télécharger et de modifier leur propre contenu AR.

Conclusion

Dans cette réalité augmentée, nous avons appris que la technologie permet la superposition d'objets virtuels dans des environnements ou des objets du monde réel. Il utilise une combinaison de technologies telles que SLAM, le suivi de la profondeur, le suivi des caractéristiques naturelles et la reconnaissance d'objets, entre autres.

Ce tutoriel de réalité augmentée s'est concentré sur l'introduction de la RA, les bases de son fonctionnement, la technologie de la RA et son application. Nous avons finalement considéré la meilleure pratique pour ceux qui souhaitent intégrer et développer pour la RA.

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