Rzeczywistość rozszerzona w przemyśle

Na wstępie warto doprecyzować, czym różni się AR od innych technik na styku świata realnego i cyfrowego, rozszyfrowując skróty VR, MR i XR. Rzeczywistość poszerzona (Extended Reality, XR) to ogólny termin. Obejmuje wszystkie techniki, które zmieniają rzeczywistość przez dodanie elementów cyfrowych do środowiska fizycznego (rys. 1). Rzeczywistość wirtualna (Virtual Reality, VR) jest w pełni immersyjnym środowiskiem cyfrowym, z którym użytkownik może wchodzić w interakcję, pozostając zarazem całkowicie odciętym, od świata realnego. W AR interakcja między elementami świata fizycznego i cyfrowego jest ograniczona inaczej niż w przypadku rzeczywistości mieszanej (Mixed Reality, MR). Technika ta pozwala bowiem nie tylko na nakładanie elementów cyfrowych na rzeczywiste, ale również na ich wzajemne oddziaływanie.

 

Rys. 1. Rzeczywistość rozszerzona obejmuje VR, AR i MR

AR ze znacznikami...

Również w obrębie techniki rzeczywistości rozszerzonej wprowadza się klasyfikację. Jednym z jej typów jest AR oparta na markerach (marker based AR). W tym podejściu wykorzystuje się znacznik, który jest punktem odniesienia dla nakładania treści generowanych komputerowo na widoki świata rzeczywistego. Markerem może być obraz, symbol, kod QR albo jakikolwiek inny, rozpoznawalny obiekt, który oprogramowanie AR jest w stanie wykryć i śledzić. Kiedy aplikacja rzeczywistości rozszerzonej rozpoznaje znacznik, na podstawie jego lokalizacji oraz orientacji, decyduje o tym, gdzie w obrazie świata rzeczywistego należy umieścić treść cyfrową. AR oparta na markerach ma liczne zalety.

Taką jest duża precyzja pozycjonowania elementów cyfrowych. Ponadto z AR opartej na markerach łatwo jest korzystać, ponieważ tego typu oprogramowanie nie wymaga konfiguracji. To czyni je dostępnym dla szerszego grona odbiorców. AR bazująca na znacznikach jest również tańsza niż w innych wersjach, ponieważ nie wymaga zaawansowanego sprzętu ani czujników. To też wpływa na jej popularyzację.

...i bez markerów

Rzeczywistość rozszerzona tego typu ma także kilka wad. Taką jest ograniczony obszar śledzenia. Oprócz tego wyświetlenie treści cyfrowej jest uzależnione od tego, czy znacznik znajduje się w polu widzenia kamery urządzenia. Jeżeli jest zasłonięty lub niewidoczny, nie zostanie ona naniesiona na widok rzeczywisty. Rozmiar treści cyfrowych, które można wyświetlić, jest ograniczony rozmiarem znacznika i dostępną przestrzenią wokół niego. Oprogramowanie AR musi zostać skalibrowane dla każdego markera, co jest czasochłonne. Dodatkowo słabe oświetlenie i mała rozdzielczość kamery wpływają na dokładność prezentacji.

Alternatywą jest technika bezznacznikowa (markerless). W tym podejściu markery są zbędne, gdyż treść cyfrowa jest wyświetlana w oparciu o wyniki skanowania otoczenia albo inne dane zbierane przez czujniki urządzenia, na którym zainstalowano oprogramowanie AR w tej wersji, na przykład informację o jego lokalizacji. Dzięki temu użytkownik nie musi podejmować żadnych specjalnych kroków aby przeglądać treści cyfrowe. Ponadto mogą być prezentowane na większym obszarze. Z drugiej strony aplikacje tego typu mogą znacząco obciążać urządzenie mobilne, przyczyniając się do szybszego rozładowania się jego baterii.

Rzeczywistość rozszerzona w przemyśle

Zastosowań rozszerzonej rzeczywistości wciąż przybywa. Z tej techniki korzysta się w marketingu i rozrywce, ale także m.in. w edukacji i opiece zdrowotnej. Przykładem jest wyświetlanie sygnatury cieplnej żył pacjenta na obrazie skóry. To ułatwia pobieranie krwi, zwiększając prawdopodobieństwo trafienia igłą w żyłę już za pierwszym podejściem. Z AR coraz powszechniej korzysta się również w przemyśle.

W fabrykach rzeczywistość rozszerzona znajduje zastosowanie głównie w prezentacji pracownikom procedur postępowania. W ten sposób są informowani, krok po kroku, o kolejnych czynnościach, które powinni wykonać. Pozwala to efektywniej przekazywać wiedzę w trakcie szkoleń, instruować pracowników na stanowiskach kontroli jakości i montażu ręcznego, co zmniejsza liczbę popełnianych przez nich błędów, wspierać personel działu utrzymania ruchu podczas rutynowych przeglądów i w trakcie szukania przyczyn awarii, ułatwiać pracownikom magazynów poruszanie się po rozległych obiektach i lokalizowanie poszukiwanych towarów.

Oprócz tego rzeczywistość rozszerzoną wykorzystuje się podczas testowania nowych koncepcji i prototypów w pracach nad nowymi produktami. AR ułatwia też współpracę pracowników znajdujących się w różnych lokalizacjach oraz poprawia bezpieczeństwo na stanowiskach pracy, ostrzegając o potencjalnych zagrożeniach i dostarczając informacji o tym, jak bezpiecznie obsługiwać sprzęt.

Jaka AR będzie najlepsza?

Aby opisywana technika sprawdziła się w specyficznych warunkach w przemyśle, kluczowe jest, by wybrać najlepszy sposób prezentacji treści cyfrowych. W tym zakresie dostępne są trzy możliwości – AR w wersji: mobilnej, noszonej (wearable) oraz opartej na projekcji.

W pierwszej wykorzystuje się tablety i smartfony, na których zainstalowano aplikację AR. Kamera urządzenia rejestruje obrazy otoczenia, na które oprogramowanie nanosi treści cyfrowe. Zalety tego podejścia to intuicyjność obsługi nawet dla osób o skromnej wiedzy technicznej (większość ludzi ma doświadczenie w używaniu tych urządzeń w życiu prywatnym), niski koszt i łatwa dostępność nawet dla przedsiębiorstw dysponujących ograniczonymi środkami, skalowalność.

Wady to z kolei: spadek wydajności pracowników z powodu konieczności trzymania urządzenia w dłoniach, rozpraszanie ich uwagi, co może być niebezpieczne, zmęczenie oczu, mała powierzchnia ekranu ograniczająca ilość informacji możliwych do wyświetlenia i atrakcyjność sposobu ich prezentacji, prawdopodobieństwo uszkodzenia niewzmocnionych urządzeń mobilnych w trudnych warunkach (kurz, wysokie temperatury, uderzenia), problemy z łącznością, jeśli sieć zakładowa jest obciążona.

Noszona AR

W wersji noszonej treści cyfrowe są prezentowane za pośrednictwem specjalnych okularów. Najważniejszą zaletą tego podejścia jest to, że pracownik ma wolne ręce, może zatem jednocześnie wykonywać zadanie i zapoznawać się z wyświetlaną instrukcją. Ta jest prezentowana bezpośrednio w jego polu widzenia, więc nie musi odrywać wzroku od tego, nad czym aktualnie pracuje. Ułatwia to także zdalną współpracę, ponieważ tego typu okulary mogą przesyłać do centrali widok, na który aktualnie patrzy osoba, która je nosi.

Wadą jest niestety koszt. W przypadku zadań wymagających szerokiego widoku obszaru roboczego problemem jest też ograniczone pole widzenia. Prezentacja informacji w taki sposób może odwracać uwagę od tego, co się dzieje w otoczeniu. To może być niebezpieczne. Pracownicy mogą poza tym skarżyć się na zmęczenie oczu i ze względów higienicznych niechętnie udostępniać innym osobom okulary. Trzeba też pamiętać, by te ostatnie regularnie ładować. Generalnie okulary z opcją AR sprawdzają się głównie w zadaniach wymagających przemieszczania się, jak operacje magazynowe, konserwacja, naprawy.

AR oparta na projekcji

W trzecim podejściu informacje są wyświetlane bezpośrednio na powierzchni fizycznych obiektów, jak blat stołu roboczego, elementy maszyn czy podzespoły montażowe. Dzięki temu pracownik ma obie ręce wolne i nie musi odrywać wzroku od pracy bez konieczności zakładania okularów. Treści cyfrowe są ponadto prezentowane na większym obszarze, który jednocześnie może zobaczyć wiele osób.

Z drugiej strony systemy AR oparte na projekcji są z reguły montowane na stałe i wymagają, by nic nie zasłaniało projektora, o co trudno gdy pracownik na danym stanowisku często się przemieszcza. Na czytelność prezentowanych informacji wpływa też oświetlenie w otoczeniu. Z AR opartej na projekcji korzysta się przede wszystkim na stanowiskach montażu, kompletacji, kontroli jakości i podczas szkoleń.

Monika Jaworowska