Що таке просторові обчислення та як вони змінюють світ?

Що таке просторові обчислення

Цифровий світ і фізична реальність зближуються так, як це раніше було неможливо. Якщо гіганти електронної комерції, зокрема Amazon, вже впровадили доповнену реальність і дозволяють користувачам розміщувати цифрові меблі у власних кімнатах, то просторові обчислення просувають ідею ще далі. Ця технологія не обмежується простим накладанням цифрових елементів, а забезпечує справжню інтеграцію для взаємодії між фізичним і цифровим світом.

Відповідно до Wikipedia, просторові обчислення — це "взаємодія людини з машиною, коли машина зберігає і обробляє дані про реальні об’єкти і простори". Концепція виходить за межі доповненої або змішаної реальності, використовуючи штучний інтелект для вимірювання фізичного простору та створення глибоких занурюваних вражень для користувача. Фактично, просторові обчислення ближчі до розширеної реальності: вони розміщують віртуальні копії реальних об’єктів у 3D-просторі та дозволяють взаємодію з ними. Технологія включає елементи AR, віртуальної реальності та всіх форм MR для створення віртуальних світів, які невимушено поєднуються з фізичним середовищем.

Як працюють просторові обчислення

Суть просторових обчислень — у наданні "простору" значення в обчислювальному контексті. Завдяки цьому кожен цифровий об’єкт може стати частиною фізичного тривимірного простору, і користувач може взаємодіяти з ним природно.

Уявіть, що ви одягаєте VR-гарнітуру та бачите 50-дюймовий телевізор. Ви спостерігаєте цифрову версію телевізора, яка з’являється просто перед очима, і можете керувати його контентом за допомогою жестів та інших технологій. Можна навіть розмістити робочий екран поруч із телевізором, створюючи багатодисплейний простір у своїй кімнаті.

Фізичний простір залишається незмінним для сторонніх. Лише користувач у бездротовому обладнанні може взаємодіяти з цифровими елементами, які інтегровані у фізичний простір. Це створює персоналізоване обчислювальне середовище поряд із реальним світом.

Простір має вирішальне значення, адже пристрій або технологія сприймає форму кімнати, розмір телевізора, навколишні речі та інші параметри для оптимального відображення цифрового контенту. Просторова обізнаність гарантує, що віртуальні об’єкти поводяться реалістично у вашому середовищі.

Огляд просторових складових

Зазвичай ми взаємодіємо з комп’ютерами у 2D-просторі — через екрани смартфонів, телевізорів та подібні інтерфейси. Керування здійснюється за допомогою дотику або периферійних пристроїв для введення та перегляду команд.

Просторові обчислення повністю змінюють цю модель: 2D-простір стає інтерактивним 3D-простором. Це робить можливим створення віртуальних копій 2D-пристроїв із накладанням на фізичний простір із урахуванням його реальних розмірів. Такі обчислення сприймаються природно й інтуїтивно, наче цифрові об’єкти реально присутні поряд із вами.

Зрозуміти цей підхід легше, якщо ви використовували Pokemon Go: у грі смартфон і AR визначають місцезнаходження й накладають цифровий контент на фізичний простір. У Pokemon Go покемони видимі лише на екрані смартфона користувача, а для оточуючих реальний світ не змінюється.

У просторових обчисленнях використовуються реальні параметри — місце розташування, глибина, відстань — для розміщення цифрового контенту у фізичних просторах. Це і є "просторовий" компонент, що забезпечує занурюваність, а обчислювальний — взаємодію з цифровим контентом за допомогою сучасних технологій.

Просторові обчислення можуть використовуватись для збереження культурної спадщини. Наприклад, проект Google Open Heritage створює тривимірні моделі об’єктів культурної спадщини по всьому світу. Це доводить, що технологія застосовується не лише для розваг чи продуктивності, а й для збереження та освіти.

Взаємодія з 3D-світом

Просторові обчислення можна впровадити у відеоігри, кардинально змінюючи досвід. У класичних іграх потрібен геймпад для керування персонажами. З MR-гарнітурами, такими як Varjo XR-3 чи HoloLens, спеціальні ручні контролери дозволяють бездротово взаємодіяти з віртуальними героями через розпізнавання жестів.

Просторові обчислення просувають це далі: вони можуть пов’язати дії ігрового персонажа з фізичними рухами користувача завдяки комплексу технологій. У віртуальній грі саме "ви" з реального світу стаєте персонажем, що забезпечує унікальний рівень занурення.

Водночас для взаємодії з 3D-світом досі потрібні спеціальні аксесуари з підтримкою просторових обчислень. Саме тому Apple Vision Pro може стати проривом, зробивши просторові обчислення доступнішими для широкої аудиторії.

Вирішальна роль штучного інтелекту

Попри подібність до AR, VR і MR, просторові обчислення є значно складнішими завдяки інтеграції штучного інтелекту. Найкраще це ілюструє Marvel "Залізна людина": персонаж Тоні Старк мав J.A.R.V.I.S. — інтелект, що навчався й змінював простір відповідно до вподобань і дій користувача.

ШІ дозволяє системам просторових обчислень розуміти контекст, адаптувати цифрове середовище, навчаючись на поведінці користувача. Такі системи створюють персоналізований досвід, який з часом стає інтуїтивнішим і потужнішим.

Ключові технології

Просторові обчислення — це технологія, що поєднує обчислення, взаємодію людини з комп’ютером, штучний інтелект та інше. Щоб зрозуміти просторові обчислення, треба знати базові технології, які забезпечують цей досвід.

Комп’ютерний зір і вимірювання глибини

Очі людини добре сприймають глибину, виокремлюють ключові об’єкти та коригують оцінки залежно від розмірів простору. Вбудовані засоби визначення глибини й комп’ютерний зір дозволяють пристроям просторових обчислень досягати аналогічної точності. Ця технологія подібна до тієї, що використовується у самокерованих автомобілях для розпізнавання об’єктів і дорожньої інфраструктури.

Завдяки цим технологіям пристрої можуть відображати цифрові копії реальних об’єктів, зберігаючи їх параметри. Коли ви виводите смартфон як цифровий пристрій у просторі, Computer Vision і датчики глибини стежать, щоб екран залишався на стіні чи в полі зору, а не зникав чи зміщувався.

Просторове картографування

Технологія передбачає створення 3D-моделей на основі даних про простір і глибину та розуміння об’єктів. Просторове картографування нагадує вигадану Картографічну карту з "Гаррі Поттера" — тривимірний документ із розташуванням усіх об’єктів і людей у просторі Гоґвортса.

Просторове картографування постійно оновлюється під час переміщення користувача, забезпечуючи правильне розташування цифрових об’єктів щодо фізичних. Це створює стабільне й реалістичне середовище змішаної реальності.

Сенсорний ф’южн

Для роботи просторових обчислень пристрої використовують дані з різних сенсорів. Об’єднання інформації з акселерометрів, камер, гіроскопів та інших сенсорів дозволяє створити цілісний і занурюваний досвід. За аналогією з людським мозком, який аналізує інформацію від органів чуття, пристрої синтезують дані для точного сприйняття середовища.

Такий підхід підвищує точність і надійність, адже різні сенсори взаємно перевіряють і доповнюють інформацію.

Розпізнавання жестів

Цей компонент дозволяє пристроям визначати рухи рук, жести й інші дії користувача при роботі з цифровим контентом. Наприклад, ви відображаєте три екрани і можете змахнути рукою, щоб прибрати один із них — це забезпечує розпізнавання жестів.

Для розпізнавання жестів пристрої просторової обробки використовують ультразвукові сенсори, оптичні сенсори, датчики руху, камери, інфрачервоні сенсори, а також ресурси AI/ML для аналізу й навчання на основі сенсорних даних. Система повинна відрізняти навмисні жести від випадкових рухів, для чого потрібні складні алгоритми.

Скеоморфізм

Це не технологія, а принцип дизайну — скеоморфізм означає імітацію реальних об’єктів у цифровому середовищі. У просторових обчисленнях скеоморфізм допомагає користувачам легко переходити з 2D у 3D-простір, адже віртуальний об’єкт виглядає максимально подібно до реального. Наприклад, цифрову книгу можна взяти в руки, гортати сторінки й робити нотатки.

Такий підхід зменшує потребу у навчанні, оскільки цифрові інтерфейси виглядають знайомими, спираючись на досвід взаємодії з реальними об’єктами.

Штучний інтелект і машинне навчання

Просторовий продукт або інструмент працює найефективніше, якщо пристрій здатен навчатися на основі звичок і дій користувача. Це можна порівняти з Netflix, який аналізує історію переглядів і рекомендує контент. Тому якщо ви постійно носите просторову гарнітуру, пристрій аналізує ваше середовище, взаємодії, звички та інше.

Усі зазначені технології працюють у комплексі для забезпечення просторових обчислень, надаючи дані для мозку користувача. ШІ гарантує, що досвід з роками стає персоналізованішим і ефективнішим.

Додатково прототипи можуть містити аудіотрекінг, IoT-інтеграцію й просторове аудіо для створення багатосенсорного занурення.

Відмінності просторових обчислень

Просторові обчислення часто прирівнюють до інших занурюваних технологій — AR, VR чи MR. Однак ці порівняння не завжди коректні. Важливо розуміти ці відмінності, щоб оцінити унікальні переваги просторових обчислень.

Просторові обчислення та AR

Згадаймо Pokemon Go: у поточній версії гри можна ловити покемонів у реальних просторах через доповнену реальність, але ці цифрові істоти не взаємодіють із середовищем по-справжньому.

Із просторовими обчисленнями покемон може ховатися у кущі, літати по кімнаті чи ковзати під містком, тобто цифровий контент реально взаємодіє з фізичним світом. Ви навіть можете налякати покемона рухом, і він відреагує. Саме така глибока інтеграція з фізичним середовищем відрізняє просторові обчислення від AR.

Просторові обчислення та VR

Візьміть гру Beat Saber, де ви розрізаєте звукові хвилі світловим мечем у повністю цифровому світі, окремому від реального. Просторові обчислення дозволяють перенести гру у вашу кімнату: музичні ритми переходять між цифровим і реальним простором, а ви керуєте світловим мечем у власній вітальні, і гра адаптується до вашого середовища.

Просторові обчислення розмивають межу між фізичним і віртуальним, роблячи досвід природнішим і менш ізольованим, ніж у VR.

Просторові обчислення та MR

Уявіть шахи у змішаній реальності: цифрова дошка на столику, фігури рухаються жестами. Це вже вражає. Але з просторовими обчисленнями й вбудованим ШІ ви отримуєте більше: можна переглядати статистику ходів, аналізувати партію, прокручувати ходи. Це значно підвищує якість ігрового досвіду.

Просторові обчислення додають рівні інтелекту й взаємодії, які виходять далеко за межі простого накладання цифрового на фізичне середовище.

Прототипування просторових обчислень

Раніше йшлося про користувацький досвід. Але компанії-розробники повинні дотримуватись основ прототипування для підвищення продуктивності, якості досвіду й мінімізації ризиків. Якісне прототипування гарантує повноцінну роботу застосунків просторових обчислень.

Основні інструменти

Головний елемент — програмне забезпечення, зокрема:

1. Unity: Платформа для створення ігор із фізичним рушієм і підтримкою AR/VR, популярна завдяки універсальності й документації.
2. Sketchfab: Платформа для швидкого доступу до контенту VR, AR і 3D для комп’ютерних проєктів із великою бібліотекою моделей.
3. Unreal Engine: Платформа для фотореалістичного рендерингу у складних і візуально вимогливих прототипах.

Докладні інструкції з прототипування для кожної платформи можна знайти окремо. Крім того, у Google та Apple є внутрішні інструменти для роботи з UI та розуміння середовища для прототипування.

Демонстрація

Приклад просторових обчислень — застосунок для покупок. Він працює із потужною бездротовою гарнітурою змішаної реальності, може бути й окремим пристроєм для шопінгу.

Визначення функціоналу

Перший етап — уявити, як працюватиме продукт і визначити функції просторових обчислень для нього. Тут важливо враховувати потреби користувача й технічні обмеження.

Чи потрібне розпізнавання жестів, інтеграція цифрових асистентів, віртуальна примірка? Можливо, функція "grab-to-buy", де користувач фізично бере товар для покупки.

Сценарії використання

На цьому етапі формують базову структуру застосунку. 3D-меню з’являється перед користувачем, а розпізнавання жестів дозволяє обрати категорію товарів рухом у повітрі — це інтуїтивна навігація.

Прототипи

Прототип 1: Купівля меблів: продукт дозволяє накласти будь-який предмет у кімнаті. Точне розміщення забезпечують глибинні датчики й просторове картографування. Ви можете оглянути меблі з різних ракурсів, перевірити механізми, відкрити шухляди — усе це жестами. Це допомагає приймати обґрунтовані рішення про покупку.

Прототип 2: Можна активувати цифрового асистента для озвучування характеристик товару у 3D. Якщо товар подобається, жестом "захопіть" його — система додасть його в кошик. Дизайн застосунку, підтримка жестів — усе це частина прототипування. Unreal Engine, Unity та інші платформи допоможуть у розробці.

Прототип 3: Для покупців одягу: ваш віртуальний образ переноситься в екосистему, приміряє обраний товар, а потім ви купуєте його. Це персоналізує досвід і знижує кількість повернень.

Тестування прототипу

Після розробки прототип тестують користувачі. На основі відгуків змінюють механіки взаємодії, інтерфейс та інші параметри. Ітеративний процес критично важливий для якісного досвіду просторових обчислень.

Цей сценарій гіпотетичний і може відрізнятись залежно від завдань і досліджень користувачів.

Кращі практики

Розробку прототипів просторових обчислень варто починати з базових взаємодій — помахів, змахувань чи торкань. Коли основні механіки відпрацьовано, можна впроваджувати складніші. Apple Vision Pro містить чимало нових функцій, інженери поступово тестують і вдосконалюють їх. Послідовний підхід гарантує якість і зручність.

"Я присвятив 10% життя розробці #VisionPro, коли був дослідником нейротехнологій у групі розробки Apple. Це найдовший мій проєкт. Я пишаюся і полегшено зітхаю, що його нарешті анонсували." Стерлінг Кріспін, екс-дослідник Apple.

Тестування потрібно проводити якомога раніше й частіше. Це безперервний процес: ітерації, зворотний зв’язок і різні підходи — звичайна практика. Саме ітеративний підхід дає кращий кінцевий продукт.

Створити якісний досвід просторових обчислень непросто. Взаємодія багатовимірна, тому потрібно насамперед дотримуватись основ прототипування — спочатку візуалізувати, потім тестувати й удосконалювати механіки до початку розробки продукту. Це дозволяє заощадити час і ресурси.

Кодування

Завдяки просторовим обчисленням рухи й об’єкти у фізичному світі набувають функцій цифрового середовища. Кожна віртуальна взаємодія потребує коду, і саме від його якості залежить досвід користувача й продуктивність системи.

Необхідні навички

Для програмування просторових протоколів потрібні C#, C++ або JavaScript. Також потрібні знання з фізики й 3D-моделювання. Програмісту варто розуміти алгоритми штучного інтелекту для реалізації інтелектуальної поведінки.

C# цінується за простоту й сумісність із Unity, він підходить розробникам з різним досвідом. C++ — це мова для завдань, де потрібна висока продуктивність, а JavaScript популярний для просторових обчислень завдяки WebXR API, що дозволяє створювати AR/VR у браузері.

Як працює кодування

Короткий приклад — застосунок для інтер’єрного дизайну. У ньому розробники можуть закодувати розпізнавання розмірів кімнати через просторове картографування та визначення глибини. Логіка коду дозволяє розміщувати віртуальні меблі у вибраному місці. Код має забезпечити, щоб меблі не накладалися на реальні предмети й не "літали" у повітрі. Це і є кодування просторової обізнаності для реалістичної поведінки.

Також закодовують взаємодії: наприклад, у грі змішаної реальності код визначає захоплення, кидки чи маніпуляції об’єктами. Код перетворює фізичні жести на значущі цифрові дії для безшовної інтеграції.

Де застосовують просторові обчислення?

Просторові обчислення змінюють роботу багатьох галузей — від роботи й навчання до взаємодії. Основні сфери застосування:

• Ігри: Віртуальні персонажі взаємодіють із фізичним середовищем, забезпечуючи новий рівень занурення й унікальний геймплей.
• Освіта: Інтерактивний контент перетворює абстрактні поняття на просторові об’єкти, роблячи навчання цікавим і ефективним для всіх вікових груп.
• Ритейл: Новий підхід до покупок — 3D-продукти, віртуальні примірочні, цифрові аватари, що знижують повернення та підвищують задоволення клієнтів.
• Медицина: Вища точність операцій через накладання даних і швидкий доступ до інформації без відволікання.
• Виробництво: Інженери аналізують проекції для пошуку дефектів і покращення виробничого процесу, підвищуючи якість і знижуючи витрати.

Крім того, інтеграція просторових обчислень і ШІ сприяє розвитку апаратного забезпечення. Компанії активно інвестують у більш потужні, зручні й доступні пристрої просторових обчислень.

Серед прикладів — Apple Vision Pro з сенсорами, чипом M2 та іншими інноваційними рішеннями, які мають зробити просторові обчислення масовими.

Завдяки ChatGPT, Google Bard, Midjourney та іншим інструментам створення контенту ресурси просторових обчислень найближчим часом отримають доступ до реальних даних. Розробники також можуть використовувати ці інструменти для перевірки прототипів і прискорення розробки.

Які існують виклики?

Впровадження просторових обчислень пов’язане з низкою викликів, які потрібно долати для масового впровадження:

• Несумісність програмного забезпечення між платформами й пристроями
• Питання конфіденційності і керування просторовими та біометричними даними
• Складність користувацького інтерфейсу, що ускладнює адаптацію
• Проблеми зі здоров’ям через тривале використання VR-гарнітур (зорове навантаження, заколисування)
• Обмеження апаратного забезпечення і висока вартість пристроїв
• Відсутність стандартів, що призводить до низької якості застосунків і фрагментації досвіду
• Етичні й безпекові ризики, пов’язані зі збором і використанням просторових даних

Вирішення цих питань потребує часу, координації учасників ринку й урахування потреб користувачів. Прогрес уже є.

Чи стануть просторові обчислення майбутнім?

Просторові обчислення ще не стали мейнстримом і поки що використовуються переважно у вузьких нішах. Проте з появою Apple Vision Pro їх масове розповсюдження — питання часу. Але успіх просторових обчислень зумовлений не інноваційністю чи кількістю функцій для продуктивності й взаємодії.

Головне — наскільки технологія відповідає потребам людей з обмеженими когнітивними можливостями. Саме це Apple інтегрує у Vision Pro через AssistiveTouch, що підкреслює фокус на доступності й може стати рушієм масового впровадження. Коли технологія стає інклюзивною, вона здатна змінити суспільство.

FAQ

Що таке просторові обчислення (Spatial Computing)? Яка різниця з AR і VR?

Просторові обчислення — це технологія для взаємодії людини й комп’ютера у тривимірному середовищі. Вона охоплює AR і VR: AR накладає віртуальний контент на реальність, VR створює повністю цифрове занурення. Просторові обчислення — це ширша надбудова, що інтегрує обидва підходи.

Які практичні сфери застосування просторових обчислень?

Просторові обчислення змінюють проєктування автомобілів завдяки віртуальному прототипуванню, вдосконалюють досвід у AR/VR і трансформують розумне виробництво. Вони підвищують функціональність і якість користування у різних галузях через занурення й взаємодію в реальному часі з цифровим середовищем.

Як просторові обчислення змінюють виробництво, медицину й освіту?

Просторові обчислення підвищують точність, ефективність і стимулюють інновації. У виробництві — це моніторинг і предиктивне обслуговування. У медицині — занурювані тренінги й точна діагностика. В освіті — інтерактивні віртуальні простори, що роблять складні поняття простими для учнів усього світу.

Які основні технології використовуються в просторових обчисленнях — наприклад, 3D-сприйняття, розпізнавання жестів, розуміння середовища?

Основні технології просторових обчислень включають 3D-сприйняття, розпізнавання жестів і розуміння середовища. До ключових компонентів належать сучасні оптичні пристрої, дисплеї (Micro-OLED, AMOLED), сенсорні системи для позиціонування й розпізнавання рук, обробка на основі ШІ та інтерактивні SDK для безшовної взаємодії з віртуальним середовищем.

Який зв’язок між просторовими обчисленнями та метавсесвітом?

Просторові обчислення — ключовий рівень архітектури метавсесвіту. Це 3D-рушії, VR/AR/MR-технології й просторове картографування, які забезпечують створення й управління віртуальними просторами метавсесвіту.

Які головні продукти й платформи просторових обчислень доступні на ринку?

Основні платформи: Microsoft HoloLens, Meta Quest, Magic Leap One, Apple Vision Pro. Апаратні рішення також пропонують HTC Vive, Lenovo, Pico. Платформи поєднують сучасні оптичні системи, дисплеї та програмне забезпечення для створення занурюваних середовищ.

Який вплив просторових обчислень на життя й роботу?

Просторові обчислення змінюють доступ до інформації та розваг через додатки AR. Вони покращують інтерактивний досвід, підвищують ефективність роботи й залученість у бізнесі й особистому житті.

Які основні технічні виклики та обмеження для просторових обчислень?

До основних викликів належать обмежена продуктивність і висока вартість пристроїв. Невеликі обсяги постачання й демпінг заважають розвитку. Потужність, автономність і роздільність дисплеїв залишаються вузькими місцями для масового впровадження.

Які перспективи розвитку просторових обчислень?

Просторові обчислення розвиватимуться завдяки новому апаратному забезпеченню й інтеграції XR-технологій, формуючи метавсесвіт. Основні тенденції — підвищення ефективності, фотореалістичність віртуальних рішень і масове впровадження до 2028–2030 років у бізнесі й серед споживачів.