Obliczenia przestrzenne: znaczenie i korzyści

Obliczenia przestrzenne to system, który wykorzystuje naturalne działania człowieka jako dane wejściowe do sterowania komputerem, a jednocześnie wykorzystuje postrzeganą przestrzeń 3D jako płótno do rysowania tekstu, obrazów i filmów.

Te naturalne działania człowieka obejmują gesty rąk, mowę, ruchy głowy i fizyczne przemieszczanie się z punktu A do B. Dlatego komputer przestrzenny wtapia się w fizyczne środowisko swojego użytkownika.

W tym poście omówiono technologię obliczeń przestrzennych i jej wpływ na przyszłość interakcji człowiek-komputer. Rzuca światło na korzyści, wyzwania, zastosowania i pojawiające się trendy na rynku.

Co to jest przetwarzanie przestrzenne?

Obliczenia przestrzenne to ewoluująca koncepcja, która zaciera granice między światem rzeczywistym i wirtualnym przy użyciu nowych zestawów sprzętu. Obliczenia przestrzenne same w sobie nie są specyficzną technologią. Jest to raczej termin ogólny, który łączy wiele technologii – w tym rzeczywistość wirtualną (VR), rzeczywistość rozszerzoną (AR), rzeczywistość mieszaną (MR), Internet rzeczy (IoT) – w rewolucję technologiczną.

Rynek.us szacuje, że obecny rynek obliczeń przestrzennych i IoT wynosi 120 miliardów dolarów, a prognozy mają wzrosnąć do 620 miliardów dolarów do 2032 roku. Proroctwo Market Insights (PMI)szacuje jednak, że rynek ten wynosi 87.5 miliarda dolarów, przy szacunkach na 2032 rok na 516 miliardów dolarów.

Oferując nowe podejście do interfejsu człowiek-komputer, komputer przestrzenny umożliwia swojemu użytkownikowi osiągnięcie wielu korzyści, które w innym przypadku nie byłyby możliwe. Obejmuje to ulepszone wrażenia użytkownika wynikające z zanurzenia 3D w edukacji, architekturze, wzorach przemysłowych i tak dalej. Następnie są gry i inne rodzaje rozrywki, a także inne nadchodzące rozwiązania.

Obliczenia przestrzenne wiążą się również z wyzwaniami, które utrudniają ich masowe przyjęcie. Jednym z tych wyzwań jest wysoki koszt specjalistycznego sprzętu, często potrzebnego w komputerze przestrzennym, co z kolei prowadzi do niższego poziomu wykorzystania, doświadczenia, badań i rozwoju, co spowalnia ogólny postęp w branży.

Jak działa przetwarzanie przestrzenne?

Obliczenia przestrzenne odróżniają się od innych podejść do obliczeń tym, że skupiają się na środowisku użytkownika. Komputer przestrzenny stara się konsekwentnie odtworzyć swój obraz wyjściowy w oparciu o lokalizację i orientację użytkownika.

Chociaż nie ma ustalonego podejścia do tworzenia komputera przestrzennego, aby osiągnąć cel, jakim jest stale zmieniająca się informacja zwrotna na podstawie aktywności fizycznej użytkownika, konieczne są następujące kroki.

1. Wyczuwanie środowiska: Komputery przestrzenne zawierają czujniki i kamery, które przechwytują informacje ze środowiska użytkownika w celu dalszego przetwarzania. Zakładając, że użytkownik zakłada nakrycie głowy, nakrycie głowy będzie wyposażone w czujniki, które będą wiedzieć, kiedy użytkownik jest zwrócony twarzą na południe, północ itd. W zależności od zastosowania urządzenie może dodatkowo pobierać obrazy ze środowiska w celu dalszego przetwarzania. Istnieją również kamery głębinowe, które ułatwiają identyfikację i pomiar obiektów 3D. 
2. Mapowanie środowiska: Następnym krokiem po przechwyceniu danych przez czujniki jest utworzenie trójwymiarowej reprezentacji środowiska użytkownika. Proces ten nazywa się mapowaniem przestrzennym i jest przydatny z wielu powodów – w tym planowania ruchu, unikania kolizji i lepszego łączenia świata fizycznego i wirtualnego.
3. Nakładanie treści cyfrowych: W zależności od aplikacji zawartość cyfrowa jest teraz nakładana na widok świata rzeczywistego. Systemy rzeczywistości wirtualnej nałożą na całą mapę przestrzenną wszystkie jej obiekty, obrazy i tekst, natomiast systemy rzeczywistości rozszerzonej i rzeczywistości mieszanej dołączą potrzebne treści wirtualne w określonych miejscach.
4. Obsługa danych wejściowych użytkownika: Teraz, gdy interfejs jest wyświetlany i aktywny, system przechodzi w pętlę w oczekiwaniu na dane wejściowe użytkownika. Dane wejściowe mogą pochodzić z ruchów fizycznych, gestów rąk, poleceń głosowych, specjalnych kontrolerów lub innych metod wprowadzania danych, których użytkownik używa do poruszania się po systemie lub manipulowania jego obiektami. Każde dane wejściowe użytkownika są przechwytywane i odpowiednio obsługiwane.
5. Korekty w czasie rzeczywistym: Ostatnim krokiem jest ponowne renderowanie treści cyfrowych w celu uwzględnienia danych wejściowych nowego użytkownika lub ich efektów. Może to obejmować drobne zdarzenia, takie jak animacja klikniętego przycisku, lub bardziej rozbudowane operacje, takie jak przełączanie trybów, zmiana scenerii, ładowanie nowej procedury podrzędnej i tak dalej.

Korzyści z obliczeń przestrzennych

Obliczenia przestrzenne mają wiele zalet do zastosowań osobistych i biznesowych, a oto najważniejsze z nich.

• Wciągające doświadczenie: Zarówno informacje zwrotne w rzeczywistości wirtualnej, jak i rozszerzonej z możliwością bardziej naturalnej kontroli mogą zapewnić użytkownikom komputerów znacznie lepsze wrażenia niż jest to możliwe w przypadku innych form przetwarzania danych. Obejmuje to pracę, edukację, rozrywkę i inne zastosowania. Na przykład Apple Vision Pro umożliwia umieszczanie aplikacji we własnych przestrzeniach w preferowanych rozmiarach.
• Świadomość świata rzeczywistego: Obliczenia przestrzenne utrzymują świadomość świata rzeczywistego, reprezentując fizyczne środowisko użytkownika. Ta funkcja ułatwia łączenie pracy z innymi zadaniami fizycznymi, takimi jak jazda na rowerze.
• Lepsze zrozumienie: Zapewniając w naturalny sposób interaktywne symulacje i modele 3D, obliczenia przestrzenne ułatwiają zrozumienie złożonych koncepcji. Dzięki tej korzyści aplikacje szkoleniowe i edukacyjne są bardziej skuteczne.
• Ulepszone interakcje użytkowników: Obliczenia przestrzenne nie ograniczają się do wprowadzania danych za pomocą klawiatury, myszy lub panelu dotykowego, ponieważ jako dane wejściowe wykorzystywane są gesty rąk, polecenia głosowe, ruchy oczu i ruchy fizyczne.
• Lepsze wizualizacje: Projektanci, inżynierowie i architekci mogą lepiej wizualizować swoje produkty i dzieła w wciągającym środowisku 3D przy użyciu obliczeń przestrzennych. Ta korzyść prowadzi do wyższej produktywności.
• Niższe koszty rozwoju: Wirtualne prototypowanie i testowanie 3D może obniżyć koszty rozwoju produktów, eliminując konieczność opracowywania fizycznych prototypów.
• Innowacje i zakłócenia: Wywracając do góry nogami pogląd na to, czym jest, a czym nie jest komputer, obliczenia przestrzenne napędzają także innowacje w celu tworzenia nowych technologii i usług, które będą oferować lepszą wartość niż to, co jest obecnie dostępne.
• Zdalna współpraca i usługi: Obliczenia przestrzenne ułatwiają zespołom współpracę zdalną, tak jakby znajdowały się w tej samej przestrzeni fizycznej. Dotyczy to w równym stopniu usługodawców i ich klientów, np. korzystających ze zdalnej obsługi komputera.
• Udoskonalona rozrywka: Bez wątpienia rynek rozrywki opartej na obliczeniach przestrzennych jest ogromny, szczególnie w przypadku gier przestrzennych (AR i VR).
• Figital: Kampanie marketingowe łączące obecność fizyczną i cyfrową (figitalny) z łatwością skorzystają z kampanii przestrzennych.

Technologie obliczeń przestrzennych

Ruch obliczeń przestrzennych opiera się na istniejących technologiach i samodzielnie rozwija nowe. Branża jednak wciąż się rozwija, więc w przyszłości należy spodziewać się kolejnych innowacji. Przedstawiamy aktualne technologie i trendy w branży obliczeń przestrzennych.

• Śledzenie ręki: Jest to wykorzystanie ruchów rąk lub gestów jako danych wejściowych do komputera.
• Urządzenia do noszenia i dotykowe: Elementy odzieży, które zapewniają dane wejściowe do komputera lub informacje zwrotne dla użytkownika.
• Kontrola Głosowa: Możliwość wydawania poleceń lub mówienia komputerowi, co ma robić, poprzez mówienie.
• Eye Tracking: Monitorowanie kierunku i ruchów oka na podstawie danych wejściowych komputera.
• Rzeczywistość wirtualna (VR): Wyświetlanie użytkownikowi całkowicie wirtualnego świata.
• Augmented Reality (AR): Wyświetlanie lub nakładanie elementów wirtualnych na wzrok fizyczny.
• Rzeczywistość mieszana (MR): Połączenie trybów wyświetlania AR i VR.
• SLAM: Jednoczesna lokalizacja i mapowanie.
• Aparat 3D: Aby określić rozmiary obiektów i odległość od użytkownika. Apple Vision Pro umożliwia przechwytywanie przestrzennych obrazów i filmów w immersji 3D.
• Przestrzenna sztuczna inteligencja: Integracja sztucznej inteligencji z aplikacjami do obliczeń przestrzennych w celu automatycznego wykonywania wielu zadań.
• Mapowanie przestrzenne: Stworzenie cyfrowej mapy 3D środowiska użytkownika.
• Dźwięk przestrzenny: Pejzaż dźwiękowy 3D, który zwiększa wciągające wrażenia.
• Współpraca przestrzenna: Interakcja wielu użytkowników we wspólnej przestrzeni fizycznej z treściami cyfrowymi.
• Analityka przestrzenna: Proces analizowania danych przestrzennych w celu uzyskania spostrzeżeń.
• Przetwarzanie brzegowe i 5g: Dwie technologie znacznie poprawiające wydajność obliczeń przestrzennych poprzez zmniejszenie opóźnień i przepustowości.

Zastosowania obliczeń przestrzennych

Oto krótka lista różnych branż, w których można zastosować koncepcje obliczeń przestrzennych lub stworzyć przełomowe aplikacje.

• Komputery osobiste: Od przeglądania Internetu po oglądanie filmów, robienie zdjęć, czatowanie i uczestnictwo w spotkaniach wideo, Wizja Pro firmy Apple jest pionierem w dziedzinie osobistych obliczeń przestrzennych dzięki systemowi VisionOS.
• Zdrowie: Od szkoleń medycznych po pomoc chirurgiczną i zdalne konsultacje, obliczenia przestrzenne mogą pomóc w zapewnieniu bardziej realistycznych symulacji oraz szczegółowych i dokładnych informacji o pacjencie.
• Wnętrze: Od projektantów produktów po architektów i urbanistów, obliczenia przestrzenne mogą zapewnić bardziej produktywną i wydajną metodę twórczej pracy. Może także oferować lepsze wirtualne spacery, prezentacje produktów i wystawy sztuki.
• Wykształcenie: Obliczenia przestrzenne to idealna technologia do zastosowań w interaktywnej nauce, ponieważ ułatwia poznawanie tematów i odtwarzanie wydarzeń historycznych przy użyciu zanurzenia 3D.
• Gry i rozrywka: Od gier immersyjnych po rozwiązania rzeczywistości mieszanej dla obrazu, dźwięku i wideo – zastosowania obliczeń przestrzennych w grach i rozrywce są ogromne.
• Sprzedaż detaliczna: Wirtualne przymierzanie i wizualizacje produktów umożliwiają klientom sprawdzenie, jak mogą wyglądać na nich ubrania, makijaż i akcesoria.
• Produkcja: Prototypowanie, koszty inżynierii i czas można skutecznie zredukować dzięki obliczeniom przestrzennym.
• : Potencjalni najemcy i kupujący mogą wirtualnie zwiedzać nieruchomości, które ich interesują. Ponadto aplikacje związane z wyposażeniem mogą pomóc w pokazaniu, jak nieruchomości mogą wyglądać, gdy są dobrze umeblowane.
• Turystyka: Interaktywne przewodniki w rzeczywistości rozszerzonej mogą zaoferować turystom dobrą wartość ze szczegółowymi informacjami o punktach orientacyjnych i innych interesujących miejscach.

Wyzwania obliczeń przestrzennych

Ciągła ewolucja obliczeń przestrzennych również niesie ze sobą wyzwania, ponieważ projektanci i konstruktorzy próbują dokładnie dowiedzieć się, co działa, a co nie, podczas tworzenia komputera przestrzennego jutra. Oto główne wyzwania.

• Ochrona: Wszystkie systemy komputerowe lub technologiczne mają jedną lub drugą wadę bezpieczeństwa. To jest nieuniknione. Dlatego programiści mogą mieć tylko nadzieję, że odkryją i rozwiążą problemy związane z bezpieczeństwem, zanim staną się one publiczne.
• Koszty:: Sprzęt do obliczeń przestrzennych jest stosunkowo drogi w porównaniu do komputerów stacjonarnych i smartfonów. Ogranicza to jego zastosowanie do niektórych branż, użytkowników, celów technicznych i edukacyjnych.
• Wyzwania programistyczne: Jako nowe podejście do komputerów, obliczenia przestrzenne stwarzają nowe wyzwania programistyczne, takie jak dokładne śledzenie, realistyczne renderowanie i wyświetlanie wyników, bezpieczeństwo danych i inne wymagane umiejętności.
• Geo-prywatność: Przetwarzanie przestrzenne działa w oparciu o lokalizację użytkownika, co budzi obawy dotyczące prywatności.
• Względy etyczne: Kolejnym poważnym wyzwaniem stojącym przed obliczeniami przestrzennymi jest kwestia uzależnienia od rzeczywistości wirtualnej. Weźmy na przykład smartfon bez immersji, który spowodował u jego użytkowników podwyższony poziom zależności. A teraz zastanówmy się nad wciągającym światem obliczeń przestrzennych, który z pewnością spowoduje więcej problemów związanych z uzależnieniami wśród młodszych użytkowników.

Znane marki komputerów przestrzennych

Chociaż projekty przenośnych zestawów słuchawkowych, takie jak pionierskie okulary Google Glass, zakończyły się niepowodzeniem, oto inne projekty i marki, które opracowują rozwiązania do przetwarzania przestrzennego.

• Apple VisionPro
• Oculus
• Varjo
• Pimax
• HoloLens
• HTC Vive
• Inżynierowie
• magia Leap
• Lupa

Często zadawane pytania dotyczące obliczeń przestrzennych

Oto kilka często zadawanych pytań na temat obliczeń przestrzennych i powiązanych z nimi technologii.

P: Jak działa przetwarzanie przestrzenne?

Odp.: Łączy świat wirtualny i fizyczny użytkownika, umożliwiając jednocześnie wciągające interakcje za pośrednictwem technologii AR, VR i MR w celu uzyskania lepszych wrażeń.

P: Jaki związek mają AR, VR i MR z obliczeniami przestrzennymi?

Odp.: AR to rzeczywistość rozszerzona, a VR to rzeczywistość wirtualna. Obie technologie są stosowane w wyświetlaczach do obliczeń przestrzennych i można je łączyć jako MR lub rzeczywistość mieszaną.

P: Czy obliczenia przestrzenne są bezpieczne?

Odp.: Każdy system komputerowy niesie ze sobą ryzyko.

P: Czy obliczenia przestrzenne przejmą kontrolę nad komputerami stacjonarnymi i mobilnymi?

Odpowiedź: Nikt nie jest w stanie przewidzieć przyszłości. Ale z pewnością wyrzeźbi swoją niszę.

P: Czy obliczenia przestrzenne są możliwe bez specjalistycznego sprzętu?

Odp.: Tak, możesz korzystać z podstawowych formularzy na smartfonach obsługujących AR. Jednak najlepsze wyniki uzyskasz tylko dzięki specjalistycznemu sprzętowi. 

Wniosek

Dotarliśmy do końca tego wpisu na temat obliczeń przestrzennych i przyszłości naszych interakcji z komputerami. Jak widać, technologia ta wciąż się rozwija, a wiele ekscytujących produktów jest wciąż w przygotowaniu.

Obliczenia przestrzenne to nie tylko postęp technologiczny; niesie ze sobą obietnicę nowej rzeczywistości dla nas wszystkich. Przyszłość, w której świat fizyczny i cała moc obliczeniowa świata wirtualnego są połączone w jedną rzeczywistość i umieszczone na wyciągnięcie ręki niczym Cyborg – zrób z nimi, co chcesz.