واقعیت افزوده

یک اپلیکیشن بر روی آی‌فون ۳جی‌اس استفاده می‌کند از سامانه موقعیت‌یاب جهانی و قطب‌نما
AR Tower Defense game on the نوکیا ان۹۵ smartphone (سیمبیان OS) uses fiduciary markers
نقشه واقعیت افزوده در آیفون
واقعیت افزوده یک نمای فیزیکی زنده، مستقیم یا غیرمستقیم (و معمولا در تعامل با کاربر) است، که عناصری را پیرامون دنیای واقعی افراد اضافه می‌کند. این عناصر بر اساس تولیدات کامپیوتری که از طریق دریافت و پردازش اطلاعات کاربر توسط سنسورهای ورودی مانند صدا، ویدئو، تصاویر گرافیکی یا داده‌های GPS می‌باشد ایجاد می‌شود. واقعیت رایانه‌ای مفهوم کلی واقعیت افزوده‌است. در واقعیت افزوده معمولا چیزی کم نمی‌شود بلکه فقط اضافه می‌شود. همچنین واقعیت افزوده تا حدودی شبیه به واقعیت مجازی است که توسط یک شبیه‌ساز، دنیای واقعی را کاملا شبیه‌سازی می‌کند. در واقع وجه تمایز بین واقعیت مجازی و واقعیت افزوده این است که در واقعیت مجازی کلیه عناصر درک شده توسط کاربر، ساخته شده توسط کامپیوتر هستند. اما در واقعیت افزوده بخشی از اطلاعاتی را که کاربر درک می‌کند، در دنیای واقعی وجود دارند و بخشی توسط کامپیوتر ساخته شده‌اند.
در واقعیت افزوده، عناصر معمولا به صورت بی‌درنگ نگاشته شده و به‌طور هوشمند مرتبط با عناصر محیطی می‌باشند، مانند نمایش امتیاز مسابقات ورزشی در زمان پخش از تلویزیون. با کمک تکنولوژی پیشرفته واقعیت افزوده (برای مثال افزودن قابلیت بینایی کامپیوتری و تشخیص اشیاء) می‌توان اطلاعات مرتبط با دنیای واقعی پیرامون کاربر را به صورت تعاملی و دیجیتالی به او ارائه کرد. همچنین می‌توان اطلاعات مرتبط با محیط و اشیاء اطراف را بر روی دنیای واقعی نگاشت. ایده اولیه واقعیت افزوده اولین بار در سال ۱۹۹۰ توسط توماس کادل کارمند بوئینگ مطرح شد.
کاربردها
ورزش
ساده‌ترین نمونه واقعیت مجازی را می‌توان در برنامه‌های ورزشی تلویزیونی مشاهده نمود. برای مثال، نمایش نتیجه مسابقات فوتبال در دایره مرکز زمین، یا در زمان پخش مسابقات شنا در تلویزیون، نمایش شماره خط هر شناگر و نمایش رکورد در پشت هر شناگر (که امکان مقایسه شناگران را به بینندگان مسابقه می‌دهد) نمونه‌هایی عادی از کاربرد این سیستم است.
بازی‌های ویدئویی دستی
بوسیله «کارت واقعیت افزوده» برای نینتندو ۳دی‌اس و پلی‌استیشن ویتا با استفاده از دوربین مخصوص، می‌توان بازی کرد.
نرم‌افزارهای کاربردی
با توجه به گسترش سریع موبایل‌های هوشمند (Smart Phones) به عنوان اصلی‌ترین سخت‌افزارها برای واقعیت افزوده می‌توان به گسترش روزافزون نرم‌افزارهای کاربردی در حوزه‌های مختلف اشاره کرد.
استفاده از واقعیت افزوده در آموزش و پرورش در چند دهه اخیر پیشرفت چشم‌گیری داشته‌است و از طرفی با افزایش سطح استفاده از وسایل همراه در این زمینه، بهره‌برداری از این تکنولوژی به شدت رو به رشد می‌باشد. به‌طور معمول نیازهای اولیه نرم‌افزارهای واقعیت افزوده عبارتند از یک پردازشگر، نمایشگر خاص، سیستم ردیابی و سخت‌افزار و نرم‌افزارهایی که مورد نیاز می‌باشد. (Billinghurst, 2012) از این تکنولوژی می‌توان در سطوح مختلف آموزشی از تحصیلات ابتدایی و متوسطه که به آن‌ها اصطلاحا K-12 گفته می‌شود، گرفته تا تحصیلات سطح بالای دانشگاهی استفاده نمود. (Lee, 2012)
استفاده از واقعیت افزوده در آموزش سطوح پایین تحصیلی
یکی از مهم‌ترین و رایج‌ترین استفاده‌هایی که از این تکنولوژی می‌شود در کتاب‌های واقعیت افزوده است. اصطلاحا به این گونه کتاب‌ها، جادویی گفته می‌شود. این کتاب‌ها شباهت زیادی به کتاب‌های معمولی دارند با این تفاوت که کاربر با استفاده از عینک‌های مخصوص واقعیت افزوده هنگام مشاهده صفحات کتاب، اشکال سه بعدی دیجیتالی که بیرون از کتاب ایجاد شده‌اند را نیز می‌بیند. (Andújar, 2011)
این کتاب‌ها در واقع مدل دیجیتالی کتاب‌های برجسته مرسوم هستند که به کاربر امکان مشاهده اشکال سه بعدی را در هر زاویه و جهتی می‌دهند، همچنین از این کتاب‌ها می‌توان به صورت اشتراکی استفاده نمود به این صورت که دو کاربر دید یکسان و یا متفاوتی را از یک صفحه کتاب داشته باشند و از این جهت بسیار کارآمد و مفید می‌باشند. (Lee, 2012) (Billinghurst, 2012) (Yuen, 2011)
استفاده از واقعیت افزوده در آموزش سطوح بالا و دانشگاهی
یکی از مهم‌ترین کارهایی که در زمینه آموزش در سطوح بالای دانشگاهی صورت گرفته‌است، راه اندازی آزمایشگاه‌های راه دور مجازی با استفاده از تکنولوژی واقعیت افزوده می‌باشد. طی سالیان گذشته فعالیت‌های زیادی در زمینه آزمایشگاه‌های راه دور به صورت مجازی و الکترونیکی صورت گرفته‌است، که اغلب در رشته مهندسی برق و الکترونیک کاربرد داشته‌است، اما این روش‌ها علاوه بر مزایای زیاد، معایبی نیز به همراه دارند که از جمله آن‌ها اینکه در روش مجازی سازی، کاربران از آنجایی که به صورت واقعی با ابزارها و وسایل آزمایش در تعامل نمی‌باشند، در نتیجه نمی‌توانند تجربه کافی حاصل از آزمایش را بدست آورند. از طرفی این شیوه آموزشی در بسیاری از حوزه‌های آزمایشگاهی کارایی لازم را ندارد، به عنوان مثال در صورتی که آزمایشگاه شیمی به صورت مجازی و راه دور برگزار گردد، نتیجه بخش نخواهد بود.
از این رو در این حوزه استفاده از قابلیت‌های واقعیت افزوده که فراتر از روش‌های مجازی مرسوم می‌باشد، می‌تواند تاثیرگزارتر باشد. از این جهت که با استفاده از این تکنولوژی، فهم مطالب و نتایج حاصل از آزمایشات در کیفیتی برابر و یا بیشتر از حالتی که در آزمایشگاه‌های واقعی صورت می‌گیرد، خواهد بود و از طرفی حل مسائل پیچیده به راحتی صورت می‌گیرد. نرم‌افزاری که بدین منظور طراحی شده‌است ARRL 4 نام دارد که در کامپیوتر کاربر اجرا شده و از طریق ارتباط TCP/IP به شبکه آزمایشگاه مورد نظر متصل شده و شروع به کار می‌نماید. این برنامه، در واقع با استفاده از دوربین‌های ویژه که در محل اصلی نمایشگاه واقع شده‌اند، و همچنین افزودن المان‌های مجازی و دیجیتال به آن‌ها با استفاده از واقعیت افزوده، به کاربر امکان تعامل با وسایل آزمایشگاهی و در نهایت مشاهده نتیجه کار خود را می‌دهد. استفاده از این شیوه آموزشی، امروزه علاوه بر رشته‌های مهندسی، در تدریس دروسی همچون تاریخ و جغرافیا نیز کاربرد دارد. (Andújar, 2011)
تاریخچه
۱۹۵۷–۶۲: مورتون هیلینگ، یک فیلمبردار، شبیه‌سازی با نام سنسوراما همراه با سیستم صوتی، تصویری، بویایی و لرزه اختراع کرد.
۱۹۶۶: ایوان سوزرلند با اختراع نمایشگر سربند (head-mounted display) دریچه‌ای را به دنیای مجازی باز کرد.
۱۹۷۵: مایرون راجر، Videoplace را اختراع کرد که برای اولین بار به کاربران اجازه تعامل با اشیای مجازی را می‌داد.
۱۹۸۹: جارون لانیر اصطلاح واقعیت مجازی را ابداع کرد و اولین شرکت تجاری در حیطه دنیای مجازی را تاسیس کرد.
۱۹۹۰: توماس کادل زمانی که در بوئینگ به کارکنان، برای سرهم کردن کابل‌ها در هواپیما کمک می‌کرد، مفهوم واقعیت افزوده را ابداع کرد.
۱۹۹۲: ال. بی‌روزنبرگ برای اولین بار یک سیستم واقعیت مجازی قابل استفاده، به نام تجهیزات مجازی را در آزمایشگاه تحقیقاتی نیروی هوایی آمریکا ایجاد کرد.
۱۹۹۲: استیون فینر، بلیر مکلنتایر و دری سلایمن اولین نسخه از سندی را در یک نمونه اولیه سیستم واقعیت افزوده ارائه کرد. KARMA در کنفرانس رابط گرافیکی. نسخه کاغذی از یک سند را به‌طور گسترده در نمایشگاه ارتباطات ACM در سال ۱۹۹۳ منتشر شد.
۱۹۹۳: لورا دابلیو. دی. ال با پذیرش مسئولیت STRICOM اولین نمایش ترکیبی به همراه وسیله نقلیه مجهز به واقعیت افزوده و سرنشین شبیه‌سازی شده را به صورت زنده اجرا کرد.
۱۹۹۴: مارتین جولی برای اولین بار تئاتری با فناوری واقعیت افزوده طراحی کرد، رقص در فضای سایبری، با سرمایه‌گذاری انجمن هنر استرالیا، خصوصیت رقاصان و بندبازان تغییر اندازه بدنشان در لحظه اجرا، پرتاب شدن به فضای فیزیکی اطراف و زمین اجرا بود. آکروبات بازان به صورت معلق در اطراف ظاهر می‌شدند. در این تئاتر از سیستم‌های کامپیوتری سیلیکون گرافیک و سیستم حسگر Polhemus استفاده شد.
۱۹۹۸: معرفی فضای واقعیت افزوده توسط راسکار، ولش و فاشز در دانشگاه کارولینای شمالی در تپه کلیسا
۱۹۹۹: هیروزاکو کاتو ARToolKit را در HITLab ایجاد کرد، جایی که قبلا واقعیت افزوده بوسیله سایر متخصصان HITLab توسعه داده می‌شد.
۲۰۰۰: بروس اچ. توماس توسعه دهنده ARQuake، اولین بازی واقعیت افزوده در محیط باز را برای موبایل در گردهمایی بین‌المللی کامپیوترهای پوشیدنی معرفی کرد.
۲۰۰۸: اپلیکیشن واقعیت افزوده ویکی‌تود به عنوان راهنمای مسافرت در ۲۰ اکتبر ۲۰۰۸ با تلفن آندرویدی G1 منتشر شد.
۲۰۰۹: ARToolkit توسط Saqoosha به ادوبی فلش (FLARToolkit) آورده شد، با این کار واقعیت افزوده به مرورگر وب هم رسید.
۲۰۰۹: پروژه SixthSense از دانشگاه MIT طرحی از یک دستگاه مستقل را به نمایش گذاشتند که براساس واقعیت مجازی پوشیدنی کار می‌کرد.
۲۰۱۱: لستر تکنولوژیز، یک شرکت تازه تاسیس فرانسوی از دانشگاه جنوب پاریس (Orsay)، اولین عینک اسکی واقعیت افزوده را برای فروش عرضه کرد.
۲۰۱۲: شرکت گوگل با معرفی پروژه «عینک گوگل» یا «پروژه عینک» (Project Glass) گام بزرگی در فراگیر کردن و جنبه عام بخشیدن به واقعیت افزوده برداشت.
فناوری
سخت‌افزار
اجزای اصلی سخت‌افزاری برای واقعیت افزوده عبارتند از: پردازنده، نمایشگر، حسگرها و دستگاه‌های ورودی. این عناصر به ویژه سی‌پی‌یو، نمایشگر، دوربین و سیستم‌های میکرو الکترومکانیکی از قبیل شتاب سنج، جی‌پی‌اس، قطب نمای جامد در اکثر تلفن‌های هوشمند مدرن وجود دارند که در آینده، پلتفرم‌های واقعیت افزوده را تشکیل می‌دهند.
ردیابی
سیستم‌های واقعیت افزوده قابل حمل مدرن از حداقل یک تکنولوژی ردیابی استفاده می‌کنند: دوربین‌های دیجیتال یا سایر سنسورهای تصویری، شتاب‌سنج‌ها، جی‌پی‌اس، ژیروسکوپ، قطب نمای جامد، RFID و سنسورهای بی‌سیم. این تکنولوژی‌ها با سطوح متفاوتی از صحت و دقت عرضه می‌شود. موقعیت و جهت سر کاربر بیشترین اهمیت را دارد.
موارد عمومی
تلویزیون، فیلم
در سری فیلم‌های نابودگر، تمامی نابودگرها، از سری T-800 به بعد از سیستم واقعیت افزوده برای دیدن استفاده می‌کردند.
در فیلم مرد آهنی، تونی استارک (رابرت داونی جونیور) از سیستم واقعیت افزوده برای طراحی لباس ابرقدرتش استفاده می‌کند. همچنین خود این لباس هم دارای تکنولوژی واقعیت افزوده بود.
در فیلم پلیس آهنی، پلیس آهنی بوسیله نمایشگر سربنداش (head-mounted display) از تکنولوژی واقعیت افزوده برای یافتن اطلاعات در مورد افراد مورد نظر یا وضعیتشان استفاده می‌کرد.
بازی‌ها
دستگاه‌های معروف بازی، مانند پلی‌استیشن آی، کینکت، نینتندو ۳دی‌اس، پلی‌استیشن همراه، پلی‌استیشن ویتا و برخی از دستگاه‌های قابل حمل، از دوربین، برای افزودن گرافیک کامپیوتری بر روی تصاویر زنده استفاده می‌کنند. اکثر نرم‌افزارهای واقعیت افزوده از کارت‌های ویژه‌ای برای خواندن دقیق نقاط استفاده کرده و تصویر را رسم می‌کنند.
بازی جدید از واقعیت افزوده استفاده می‌کند.
رایانه پوشیدنی
واقعیت مجازی
واقعیت رایانه‌ای