Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava
Fakulta bezpečnostního inženýrství
Katedra bezpečnostních služeb
Aplikace rozšířené a virtuální reality v bezpečnostním průmyslu
Student: Bc. Vojtěch Jarkuliš
Vedoucí diplomové práce: doc. Mgr. Ing. Radomír Ščurek, Ph.D.
Studijní obor: Technická bezpečnost osob a majetku Termín odevzdání diplomové práce: 12.4.2019
Místopřísežné prohlášení:
„Místopřísežně prohlašuji, že jsem celou diplomovou práci vypracoval samostatně.“
V Ostravě dne 25.3.2019 Bc. Vojtěch Jarkuliš
P R O H L Á Š E N Í Prohlašuji, že
• jsem byl/a seznámen/a s tím, že na moji diplomovou práci se plně vztahuje zákon č. 121/2000 Sb., o právu autorském, o právech souvisejících s právem autorským a o změně některých zákonů (autorský zákon) ve znění pozdějších právních předpisů;
• beru na vědomí, že odevzdáním diplomové práce souhlasím se zveřejněním své práce podle zákona č. 111/1998 Sb. o vysokých školách a o změně a doplnění dalších zákonů (zákon o vysokých školách), ve znění pozdějších právních předpisů, bez ohledu na výsledek obhajoby 1);
• beru na vědomí, že diplomová práce bude uložena v elektronické podobě v univerzitním informačním systému Vysoké školy báňské – Technické univerzity Ostrava (dále jen VŠB – TUO), dostupná k prezenčnímu nahlédnutí;
• beru na vědomí, že VŠB – TUO má právo nevýdělečně ke své vnitřní potřebě diplomovou práci užít v souladu s § 35 odst. 3 2);
• beru na vědomí, že podle § 60 3) odst. 1 autorského zákona má právo VŠB – TUO na uzavření licenční smlouvy o užití školního díla v rozsahu § 12 odst. 4 autorského zákona;
• beru na vědomí, že podle § 60 3) odst. 2 a 3 mohu užít své dílo – diplomovou práci nebo poskytnout licenci k jejímu využití jen s předchozím písemným souhlasem VŠB – TUO, která je oprávněna v takovém případě ode mne požadovat přiměřený příspěvek na úhradu nákladů, které byly VŠB – TUO na vytvoření díla vynaloženy (až do jejich skutečné výše);
• beru na vědomí, že pokud bylo k vypracování diplomové práce využito softwaru poskytnutého VŠB – TUO nebo jinými subjekty pouze ke studijním a výzkumným účelům (tedy pouze k nekomerčnímu využití), nelze výsledky diplomové práce využít ke komerčním účelům;
• beru na vědomí, že pokud je výstupem diplomové práce jakýkoliv softwarový produkt, považují se za součást práce rovněž i zdrojové kódy, popř. soubory, ze kterých se projekt skládá. Neodevzdání této součásti může být důvodem k neobhájení práce.
Jméno, příjmení: Vojtěch Jarkuliš
Dne: 25.3.2019 Podpis:
__________________________
1) zákon č. 111/1998 Sb. o vysokých školách a o změně a doplnění dalších zákonů (zákon o vysokých školách), ve znění pozdějších právních předpisů, § 47 b Zveřejňování závěrečných prací:
(1) Vysoká škola nevýdělečně zveřejňuje disertační, diplomové, bakalářské a rigorózní práce, u kterých proběhla obhajoba, včetně posudků oponentů a výsledku obhajoby prostřednictvím databáze kvalifikačních prací, kterou spravuje. Způsob zveřejnění stanoví vnitřní předpis vysoké školy. Vysoká škola disertační práci nezveřejňuje, byla-li již zveřejněna jiným způsobem.
(2) Disertační, diplomové, bakalářské a rigorózní práce odevzdané uchazečem k obhajobě musí být též nejméně pět pracovních dnů před konáním obhajoby zveřejněny k nahlížení veřejnosti v místě určeném vnitřním předpisem vysoké školy nebo není-li tak určeno, v místě pracoviště vysoké školy, kde se má konat obhajoba práce. Každý si může ze zveřejněné práce pořizovat na své náklady výpisy, opisy nebo rozmnoženiny.
(3) Platí, že odevzdáním práce autor souhlasí se zveřejněním své práce podle tohoto zákona, bez ohledu na výsledek obhajoby.
(4) Vysoká škola může odložit zveřejnění bakalářské, diplomové, disertační a rigorózní práce nebo jejich části, a to po dobu trvání překážky pro zveřejnění, nejdéle však na dobu 3 let. Informace o odložení zveřejnění musí být spolu s odůvodněním zveřejněna na stejném místě, kde jsou zveřejňovány bakalářské, diplomové, disertační a rigorózní práce. Vysoká škola zašle bez zbytečného odkladu po obhájení bakalářské, diplomové, disertační a rigorózní práce, jíž se týká odklad zveřejnění podle věty první, jeden výtisk práce k uchování ministerstvu.
2) zákon č. 121/2000 Sb. o právu autorském, o právech souvisejících s právem autorským a o změně některých zákonů (autorský zákon) ve znění pozdějších právních předpisů, § 35 odst. 3:
(3) Do práva autorského také nezasahuje škola nebo školské či vzdělávací zařízení, užije-li nikoli za účelem přímého nebo nepřímého hospodářského nebo obchodního prospěchu k výuce nebo k vlastní potřebě dílo vytvořené žákem nebo studentem ke splnění školních nebo studijních povinností vyplývajících z jeho právního vztahu ke škole nebo školskému či vzdělávacího zařízení (školní dílo).
3) zákon č. 121/2000 Sb. o právu autorském, o právech souvisejících s právem autorským a o změně některých zákonů (autorský zákon) ve znění pozdějších právních předpisů, § 60 Školní dílo:
(1) Škola nebo školské či vzdělávací zařízení mají za obvyklých podmínek právo na uzavření licenční smlouvy o užití školního díla (§ 35 odst. 3). Odpírá-li autor takového díla udělit svolení bez vážného důvodu, mohou se tyto osoby domáhat nahrazení chybějícího projevu jeho vůle u soudu. Ustanovení § 35 odst. 3 zůstává nedotčeno.
(2) Není-li sjednáno jinak, může autor školního díla své dílo užít či poskytnout jinému licenci, není-li to v rozporu s oprávněnými zájmy školy nebo školského či vzdělávacího zařízení.
(3) Škola nebo školské či vzdělávací zařízení jsou oprávněny požadovat, aby jim autor školního díla z výdělku jím dosaženého v souvislosti s užitím díla či poskytnutím licence podle odstavce 2 přiměřeně přispěl na úhradu nákladů, které na vytvoření díla vynaložily, a to podle okolností až do jejich skutečné výše; přitom se přihlédne k výši výdělku dosaženého školou nebo školským či vzdělávacím zařízením z užití školního díla podle odstavce 1.
Poděkování
Děkuji vedoucímu diplomové práce doc. Mgr. Ing. Radomíru Ščurkovi, Ph.D. za odborné vedení při zpracování diplomové práce.
Anotace
JARKULIŠ, V. Aplikace rozšířené a virtuální reality v bezpečnostním průmyslu.
Ostrava, 2019. 72 stran. Diplomová práce. VŠB – TU Ostrava, Fakulta bezpečnostního inženýrství, Katedra bezpečnostních služeb. Vedoucí diplomové práce doc. Mgr. Ing.
Radomír Ščurek, Ph.D.
Tato diplomová práce se zabývá aplikací rozšířené a virtuální reality v bezpečnostním průmyslu. Teoretická část práce je zaměřena na charakteristiku a analýzu technologií rozšířené a virtuální reality, možnosti využití a obecný právní rámec vztahující se k dané problematice. Praktická část je zaměřena na analýzu bezpečnostních rizik rozšířené a virtuální reality a návrh aplikace pro účely bezpečnostního průmyslu.
Klíčová slova: rozšířená realita, virtuální realita, bezpečnostní průmysl
Summary
JARKULIŠ, V. The Application of Augmented and Virtual Reality in Security Industry. Ostrava, 2019. 72 pages. Diploma Thesis. VŠB – TU Ostrava, Faculty of Safety Engineering, Department of Security Services. Supervisor doc. Mgr. Ing. Radomír Ščurek, Ph.D.
This diploma thesis deals with the application of augmented and virtual reality in security industry. The theoretical part is focused on the characteristics and analysis of technology of augmented and virtual reality, the possibilities of usage and a general legal framework related to this technology. The practical part is focused on the risk analysis of augmented and virtual reality and design of application for security industry.
Key words: augmented reality, virtual reality, security industry
OBSAH
1 ÚVOD ... 1
2 REŠERŠE LITERATURY ... 2
2.1 Vědecké metody použité při zpracování práce ... 3
3 PRÁVNÍ ÚPRAVA ČESKÉ REPUBLIKY ... 4
4 LIDSKÉ SMYSLY PŘI VYUŽITÍ TECHNOLOGIE ROZŠÍŘENÉ A VIRTUÁLNÍ REALITY ... 9
4.1 Zrak ... 9
4.2 Sluch ... 13
4.3 Hmat ... 16
5 ROZŠÍŘENÁ A VIRTUÁLNÍ REALITA ... 17
5.1 Využití rozšířené a virtuální reality ... 18
5.2 Využití rozšířené a virtuální reality v bezpečnostním průmyslu ... 19
5.3 Budoucnost využití rozšířené a virtuální reality ... 25
5.4 Hardwarové technologie a zařízení rozšířené a virtuální reality ... 26
5.5 Softwarové technologie rozšířené a virtuální reality ... 51
6 POSOUZENÍ BEZPEČNOSTNÍCH RIZIK TECHNOLOGIE ROZŠÍŘENÉ A VIRTUÁLNÍ REALITY... 53
6.1 Opatření k minimalizaci narušení soukromí ... 56
7 NÁVRH APLIKACE ROZŠÍŘENÉ REALITY ... 57
7.1 Návrh aplikace ... 57
7.2 Rozpoznávání geometrie tváře ... 59
7.3 Příprava vývojového prostředí/platformy ... 62
7.4 Implementace ... 63
7.5 Testování ... 67
7.6 Ekonomické zhodnocení ... 69
7.7 Možnosti rozšíření aplikace... 69
8 DISKUZE ... 70
9 ZÁVĚR ... 72
SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY ... 73
SEZNAM OBRÁZKŮ ... 79
SEZNAM TABULEK ... 83
SEZNAM PŘÍLOH ... 84
SEZNAM ZKRATEK
RR Rozšířená realita VR Virtuální realita
IMU Inertial Measurement Unit (inerciální navigace)
GDPR General Data Protection Regulation (obecné nařízení o ochraně osobních údajů)
LZPS Listina základních práv a svobod ÚOOU Úřad pro ochranu osobních údajů HZS Hasičský záchranný sbor
OS Operační systém
FMEA Failure Mode and Effect Analysis (analýzy příčin a důsledků) FAR False Acceptance Rate (Míra chybné shody)
FRR False Rejectance Rate (Míra chybné neshody) EER Equal Error Rate (Míra vyrovnání shody, neshody) ČR Česká republika
PC Personal Computer (osobní počítač)
SQL Structured Query Language (strukturovaný dotazovací jazyk) CMD Command line (příkazová řádka)
1 ÚVOD
Virtuální realita (dále jen VR) nahrazuje skutečný svět světem virtuálním, Rozšířená realita (dále jen RR) umožňuje spojit v jeden okamžik virtuální svět se světem skutečným.
Smíšená realita dává možnosti, které se nacházejí mezi skutečným a virtuálním světem. RR a VR realita nezahrnuje pouze nositelné (brýle, atp.) zařízení, ale také budovy a celá města.
Jedná se o multidisciplinární oblast, proto musíme brát v potaz nejen uživatele, ale také vliv RR, VR na sociální situaci, jak tyto technologie ovlivňují ostatní, např.: jak používání této technologie ovlivňuje sociální situaci, nebo jak jsou jednotlivá zařízení zabezpečena s ohledem na ochranu soukromí uživatelů a dalších osob.
Cílem této diplomové práce je studie technologie rozšířené a virtuální reality a návrh jejich aplikace pro účely bezpečnostního průmyslu.
Úvodní část se zabývá právní problematikou ve vztahu k technologiím rozšířené a virtuální reality a přibližuje právní předpisy, které mají na tyto technologie největší dopad.
Čtvrtá kapitola popisuje po fyziologické a fyzikální stránce lidské smysly, které se při RR a VR primárně využívají a prostřednictvím nichž lze využít zařízení RR a VR v maximálním měřítku.
Pátá kapitola komplexně shrnuje dosavadní poznatky o hardwarových a softwarových prostředcích RR a VR a využití RR a VR v obecném měřítku a následně detailněji v bezpečnostním průmyslu.
V šesté kapitole jsou posouzena rizika související s použitím technologie RR a VR pomocí analytické metody: analýzy příčin a důsledků (FMEA) a následně jsou pro významná rizika zpracována opatření pro minimalizaci možných negativních následků.
Závěrečná část práce je věnována návrhu aplikace rozšířené reality v bezpečnostním průmyslu za využití zařízení Hololens, které bylo vyrobeno společností Microsoft.
2 REŠERŠE LITERATURY
Pro vypracování této diplomové práce byly využity především články a monografie publikované zahraničními odborníky na oblast rozšířené a virtuální reality. Následuje jejich výčet a stručný popis.
SCHMALSTIEG, Dieter a Tobias HÖLLERER. Augmented reality: principles and practice. Boston: Addison-Wesley, 2016. ISBN 978-0-321-88357-5
Tato kniha se komplexně zabývá oblastí RR a VR, jejich historií, základní charakteristikou, používaného zařízeními a technologiemi a v neposlední řadě možnostmi využití. V mé práci jsem čerpal z části zabývající se displeji a sledováním polohy zařízení.
AUKSTAKALNIS, Steve. Practical augmented reality: a guide to the Technologies, Applications, and Human Factors for AR and VR. Addison-Wesley, Boston (2017).
ISBN 978-0-13-409423-6
Monografie podrobně popisuje základy technologie RR a VR a jejich propojení s lidskými smysly. Knihu jsem využil v kapitole zabývající se lidskými smysly.
PEDDIE, Jon. Augmented Reality: Where We Will All Live. Tiburon, 2017. ISBN 978- 3-319-54501-1
Tato odborná publikace pojednává o pozitivních a negativních dopadech RR a VR, klíčových oblastech, ve kterých jsou tyto technologie použity, dále pak o softwarových a hardwarových prostředcích a možném budoucím použití. Monografii jsem využil při zpracování páté kapitoly.
Virtual, augmented and mixed reality. New York, NY: Springer Berlin Heidelberg, 2016. ISBN 978-3-319-39906-5
Jedná se o sborník odborných příspěvků z 18. mezinárodní konference na téma vztahu lidí a počítačů (Human-Interface Interaction), konané v Kanadě v Torontu v roce 2016. Ve své práci jsem primárně vycházel z příspěvků na téma aplikace RR a VR v letectví, vesmíru a armádě.
2.1 Vědecké metody použité při zpracování práce
V této podkapitole jsou popsány vědecké metody, které byly použity pro zpracování této diplomové práce. Vědecké metody lze rozdělit na dva základní druhy, které se vzájemně doplňují: empirické a logické.
Empirické metody
Zakládají se na přímém živém obrazu reality, který je zprostředkován prostřednictvím lidských smyslů popřípadě technikou. Objekty nebo jevy mají určité vlastnosti, které lze prostřednictvím těchto metod zjistit. Empirická metoda může být např.
měření nebo experiment, ale lze je použít pouze na experimentech, které se dají opakovat a ověřit. [66]
• Pozorování bylo použito v úvodní fázi pro sběr relevantních podnětů možného využití technologie rozšířené a virtuální reality.
• Experimentování a měření bylo využito při testování a určení správné verifikační míry v podkapitole 7.5 a celkově během celého návrhu aplikace.
Logické metody
Tyto metody využívají principů logiky a logického myšlení. Můžeme mezi ně zařadit tzv. párové metody: abstrakce – konkretizace, analýza – syntéza, indukce – dedukce. [5]
• Deskripce byla využita v kapitole 5 při popisu využití a technologií rozšířené a virtuální reality.
• Analýza byla použita v kapitole 5 při rozčlenění možného využití a kapitole 6 při posouzení bezpečnostních rizik za využití metody pro analýzu příčin a jejich důsledků.
• Komparace se využila v podkapitole o hardwarových a softwarových technologiích, kde byly jednotlivé technologie porovnávány.
• Syntéza byla použita v kapitole 7 při návrhu samotné aplikace, kdy bylo postupováno od jednotlivých částí (modulů) až k vytvoření celé funkční aplikace.
3 PRÁVNÍ ÚPRAVA ČESKÉ REPUBLIKY
V první části této kapitoly jsou popsány problematické situace, vyvstávající z využívání systémů rozšířené a virtuální reality a následně je proveden právní rozbor těchto situací.
Právní problematiku RR a VR lze rozdělit na dvě oblasti: jedna oblast týkající se vstupů (podnětů, které zařízení zpracovává) a druhá týkající se výstupů (podněty, které zařízení zobrazuje uživateli).
Problematika vstupů
Technologie RR a VR spočívá v možnosti zaznamenávání a analýze skutečného světa v reálném čase. To představuje skvělý příklad zaznamenávání, shromažďování a hromadného zpracovávání dat, což se následně dotýká práva na svobodu slova a vlastnického práva.
- Zařízení má potenciál dlouhodobě zaznamenávat, uchovávat a prezentovat informace od odlišných zdrojů/uživatelů společnostem, které je následně mohou využívat pro analýzu a profilaci osob.
- Schopnost zaznamenávat obrazové média veřejných i soukromých osob.
- Sběr a potenciální transformace autorsky chráněných materiálů.
Problematika výstupů
Systémy rozšířené reality mají schopnost potlačit nebo upozadit informace ze skutečného světa, zobrazením informací virtuálních. Tato schopnost přináší řadu na sobě nezávislých problémů, viz níže:
- Uživatelé můžou spoléhat na zobrazované informace/data, které následně mohou vést ke zranění nebo jinému poškození. Například při zakrytí silničního dopravního značení nebo informování uživatele, že dané zvířata nebo rostliny nejsou nebezpečné/jedovaté.
- Systém může dodat jeho uživateli pravdivou informaci, která byla získána nelegálním způsobem, např. při pohovoru s uchazečem, funkce rozpoznání obličeje umožní zobrazit dodatečné informace o kandidátovi, dostupné na sociálních sítích, o jeho politických názorech, náboženském přesvědčení nebo sexuální orientaci.
- Schopnost umožnit digitální šikanu, např.: zobrazení informací vyvolávající epileptické záchvaty nebo reklamní společnost vytvoří iluzi o pavoukovi běhajícím po displeji uživatele.1
Vrcholem právních norem České republiky jsou Ústava, Listina základních práv a svobod, ústavní zákony a také mezinárodní smlouvy o základních lidských právech a svobodách.
Z pohledu Ústavy České republiky je důležitý článek 2 odstavec 4, který říká:
„Každý občan může činit, co není zákonem zakázáno, a nikdo nesmí být nucen činit, co zákon neukládá.“2 čímž je omezen zásah státní moci do práv a svobod jednotlivců, zásah je možný pouze v mezích zákonů a způsobem, kterým to zákon stanoví.
Jedno ze základních, neporušitelných lidských práv je právo na soukromí, které je především ve formě ochrany před zveřejňováním a zneužíváním osobních údajů. Toto právo je zakotveno v Listině základních práv a svobod jmenovitě v článku 10:
- “Každý má právo, aby byla zachování jeho lidská důstojnost, osobní čest, dobrá pověst a chráněno jeho jméno.
- Každý má právo na ochranu před neoprávněným zasahováním do soukromého a rodinného života.
- Každý má právo na ochranu před neoprávněným shromažďováním, zveřejňováním nebo jiným zneužíváním údajů o své osobě.”3
Dále LZPS článkem 17 zaručuje svobodu projevu.
Porušení tohoto práva lze sankcionovat např. trestním zákoníkem podle:
- „§ 180 Neoprávněné nakládání s osobními údaji“4
Ochranou soukromí se zabývají také další zákony jako: občanský zákoník, zákon o ochraně osobních údajů, GDPR, zákoník práce a další.
1 Calo, R. When Apps Attack. In Forbes.com (November 17, 2013)
2 Ústavní zákon č. 1/1993 Sb., Ústava České republiky v posledním znění
3 Ústavní zákon č. 2/1993 Sb., Listina základních práv a svobod v posledním znění
4
Zákon o ochraně osobních údajů
Především definuje osobní, citlivé údaje, zpracování osobních údajů, povinnosti správce při provozování kamerového systému se záznamem a odlišnosti v těchto povinnostech v případě zpracování nepřesných osobních údajů, pokud se jedná o zpracování osobních údajů nezbytných pro zajištění:
o „bezpečnosti České republiky o obrany České republiky
o veřejného pořádku a vnitřní bezpečnosti
o předcházení, vyhledávání, odhalovaní trestné činnost a stíhání trestných činů“5 Zákon o ochraně osobních údajů se nevztahuje na používání kamerových systémů k monitorování v reálném čase bez použití záznamového zařízení, na tento případ myslí občanský zákoník viz podrobnější vysvětlení níže. [10]
Občanský zákoník
Škoda způsobená vadou výrobku, § 2939 stanovuje odpovědnost výrobce za škody způsobené vadou movitých věcí, kterou jsou na trh uvedeny za účelem prodeje.
Pořízení obrazového záznamu osob, § 84 říká: „Zachytit jakýmkoli způsobem podobu člověka tak, aby podle zobrazení bylo možné určit jeho totožnost, je možné jen s jeho svolením.“ Na případ již existující obrazové dokumentace myslí § 85: „Rozšiřovat podobu člověka je možné jen s jeho svolením“6 Existuje výjimka v případě, kdy se obrazový záznam použije k ochraně právem chráněných zájmů osob nebo se jedná o veřejnou osobu v záležitostech veřejného zájmu viz § 88 či je záznam použit přiměřeným způsobem k vědeckým/uměleckým, rozhlasovým nebo televizním účelům viz § 89.
V občanském zákoníku je zakázáno narušení soukromého prostoru, nikoliv však obydlí člověka, čímž je zajištěno právo na nerušené soukromí i mimo obydlí osoby. [11]
5 Zákon č. 101/2000 Sb., o ochraně osobních údajů a o změně některých zákonů v posledním znění
6
Úmluva o ochraně lidských práv a základních svobod
Jedná se o základní právní normu na poli ochrany lidských práv a základních svobod na území Evropy.7 V rámci právní aplikace lze využít judikatury Evropského soudního dvora.8 Soukromí a právo zásahu do něho upravuje článek 8: Právo na respektování rodinného a soukromého života.9
Nařízení Evropského parlamentu a Rady (EU) 2016/679 (GDPR)
O ochraně fyzických osob v souvislosti se zpracováním osobních údajů a o volném pohybu těchto údajů a o zrušení směrnice 95/46ES (obecné nařízení o ochraně osobních údajů).
Definuje:
- obecné osobní údaje: jméno, adresa, trvalé bydliště, pohlaví, věk, datum narození, místo narození, rodné číslo, osobní stav, zdravotní znevýhodnění, fotografie, audio záznamy, emailová adresa, telefonní číslo, IP adresa, vzdělání, výše příjmu, identifikační údaje vydané státem (IČO, DIČ, číslo občanského/řidičského průkazu) - a zvláštní osobní údaje: národnost, politické názory, náboženské vyznání, filozofické vyznání, členství v odborech, zdravotní stav, sexuální orientace, trestní delikty, pravomocná odsouzení.
GDPR se vztahuje i na automatizované zpracování osobních údajů. Nevztahuje se však na osobní údaje právnických osob, údaje nutné při ochraně národní bezpečnosti, údaje osobní povahy a osobní údaje zesnulých osob.
Z hlediska rozšířené a virtuální reality je nejdůležitější část týkající se zpracování osobních údajů za využití kamerových systémů a to konkrétně tyto dílčí části:
Cíl zpracování osobních údajů: právní důvod pro zpracování osobních údajů, jaké údaje jsou zpracovávány, jaké bude jejich použití, kým a po jak dlouhou dobu. V některých vysoce rizikových případech je nutné provést: „Posouzení vlivu na ochranu osobních údajů“. [9]
7 ČAPEK, Jan. Evropská Úmluva o ochraně lidských práv a svobod. Praha: Linde, 2010. a ČAPEK, Jan.
Evropská Úmluva o ochraně lidských práv a základních svobod. II. část – protokoly. Praha: Linde, 2010.
8 POUZAROVÁ, A. Evropský soud pro lidská práva, organizace, pravomoc a řízení. Praha: Linde, 2004
9
Ochrana soukromí navržením vhodného systému: organizace musí mít zdokumentovány postupy funkce ochrany systému. Systém musí být navržen tak, ať nejsou zachycovány osobní data subjektů mimo stanovených. Přístup k osobním datům musí být navržen tak, ať k nim má přístup pouze autorizovaná osoba.
Právo na přístup k osobním údajům: na základě žádosti jsou organizace povinny danému subjektu, všechna osobní data včetně video záznamů, zpřístupnit k nahlédnutí. V případě tohoto zpřístupnění musí být osobní údaje jiných subjektů anonymizovány.
Právo být zapomenut: vzhledem k nepraktičnosti mazání konkrétních subjektů z obrazových záznamů, je striktně vyžadováno dodržování doby, po kterou je obrazový záznam uchováván.
Kybernetická ochrana: za využití všech různých organizačních a technických metod ochránit osobní data před jejich kompromitací. V případě narušení ochrany osobních dat, toto nahlásit příslušnému úřadu (ÚOOU). [9]
Směrnice Evropského parlamentu a Rady (EU) 2016/680
O ochraně fyzických osob v souvislosti se zpracováním osobních údajů příslušnými orgány za účelem prevence, vyšetřování, odhalování či stíhání trestných činů nebo výkonu trestů a o volném pohybu těchto údajů.10
Nevztahuje se na poskytovatele soukromých bezpečnostních služeb ani městskou policii. Ve většině definic a práv subjektů údajů, principů ochrany osobních údajů, povinností správců, atd. se směrnice shoduje s obecným nařízením o ochraně osobních údajů GDPR viz výše. Hlavním rozdílem je, že se směrnice vztahuje na státní postih trestné činnosti a některé policejní aktivity. [31]
10
4 LIDSKÉ SMYSLY PŘI VYUŽITÍ TECHNOLOGIE ROZŠÍŘENÉ A VIRTUÁLNÍ REALITY
Pokrok ve formě implementace zpětné vazby na uživatelském rozhrání systémů rozšířené a virtuální reality čelí významným výzvám vzhledem k samotné povaze a složitosti fyziologické cesty a širokého spektra stimulů, které je schopna zaznamenat. Schopnost přesně a finančně efektivně vytvářet stimuly jako tlak, vzrušení, textura materiálů, různé síly apod. v zařízení rozumné velikosti, které může být drženo v ruce nebo oblečeno na těle je úkol, který čelí obrovským technologickým překážkám, ale lze ho však díky detailnější znalosti lidských smyslů zvládnout. [1]
4.1 Zrak
Sedmdesát procent všech lidských senzorických receptorů je umístěno právě v očích.
Pro úplné pochopení klíčových technologií rozšířené a virtuální reality je důležité rozumět principu funkce lidských smyslů. Tato podkapitola je zaměřena na mechaniku lidského zraku. [1]
Všechno začíná světlem, které je klíčovým stimulem lidského zraku. Světlo je elektromagnetické vlnění o vlnové délce 380 – 790 nm, které je schopno vyvolat v lidském oku vjem „vidění“. Elektromagnetické spektrum zachycuje tzv. „Maxwellova duha“, která je zobrazena na obrázku č. 1. [1]
Obrázek č. 1: Elektromagnetické spektrum se zobrazením viditelného spektra [15]
Lidské oko
Jedná se o spojnou optickou soustavu, kterou lze funkcí přirovnat ke kameře, kde světlo vstupuje přes řadu optických elementů, kde je lámáno a zaostřeno, clona kontroluje množství vstupujícího světla, které poté dopadá na obrazovou rovinu. Lidské oko funguje obdobně, rohovka a čočka umožňují zaostření a duhovka se přizpůsobuje podle množství světla, které je potřeba propustit. Na místo filmu je světlo invertováno a dopadá na extrémně citlivou sítnici, více než 100x citlivější než čip digitální kamery. Stavba oka je zobrazena na obrázku č. 2. [3]
Obrázek č. 2: Řez lidským okem zobrazující jeho hlavní části [54]
• Rohovka (kornea) orgán v přední části oka, který částečně láme světelné paprsky
• Zornice (pupila) je kruhový otvor uprostřed duhovky, ve kterém je umístěna čočka
• Duhovka (iris) zužuje a rozšiřuje zornici.
• Čočka (lens) láme světelné paprsky a soustřeďuje je na sítnici
• Řasnaté tělísko způsobuje akomodaci pomoci změny zakřivení čočky
• Bělima (skléra) jedná se o pevný vnější ochranný obal
• Cévnatka (choroldea) je protkána jemnými kapilárami, které vyživují oko
• Sítnice (retina) obsahuje buňky citlivé na světlo
• Žlutá skvrna (macula) místo nejostřejšího vidění
• Slepá skvrna místo na sítnici, které neobsahuje buňky citlivé na světlo [45]
Mezi základní pojmy ve vztahu k lidskému zraku patří:
Akomodace: schopnost oka měnit optickou mohutnost čočky, což umožňuje ostré vidění předmětů v různých vzdálenostech.
Blízký bod: jedná se o nejbližší bod, který se ještě zobrazí na sítnici ostře.
Daleký bod: nejvzdálenější bod, který oko vidí ostře bez akomodace, tento bod se u zdravého oka nachází v nekonečnu.
Normální oko: blízký a daleký bod definuje rozmezí, ve kterém se u normálního oka obrazy předmětů zobrazí ostře.
Krátkozraké oko: obraz se vytvoří před sítnicí viz horní část obrázku č. 3, korekce krátkozrakého oka se provádí pomocí rozptylné čočky viz spodní část obrázku. [45]
Obrázek č. 3: Krátkozraké oko a jeho korekce [49]
Dalekozraké oko: obraz se vytvoří za sítnicí viz horní část obrázku č. 4 a jeho korekce se provádí pomocí spojné čočky viz spodní část obrázku. [45]
Obrázek č. 4: Krátkozraké oko a jeho korekce [48]
Obraz na sítnici: jedná se o obraz vytvořený na sítnici a který je skutečný, zmenšený a převrácený viz obrázek č. 5. [45]
Obrázek č. 5: Schéma vytvoření obrazu na sítnici [57]
Zorný úhel: můžeme ho rozdělit na vertikální a horizontální a jedná se o úhel pod kterým oko pozoruje předmět viz obrázek č. 6. [45]
Obrázek č. 6: Vertikální a horizontální zorný úhel [55]
Slepý bod neboli slepá skvrna. Pro nalezení slepého bodu oka, položte tuto práci na stůl, zakryjte si levé oko a pozorujte černou kuličku na obrázku č. 7, pomalu se přibližujte obličejem k obrázku, v určitém bodě černý křížek zmizí a tento bod se nazývá slepým bodem. [45]
Obrázek č. 7: Pomůcka pro nalezení slepého bodu oka [1]
4.2 Sluch
Sluch je jeden z nejdůležitějších primárních lidských smyslů. Umožňuje nám komunikovat s ostatními, je nejčastěji prvním zdrojem informací o možném ohrožení a umožňuje nám objevovat pozoruhodné úrovně detailů o okolním prostředí. Přidání zvukových komponent do systémů rozšířené a virtuální reality zlepšuje jejich použitelnost a celkový smysl „vzezření“ v rámci umělého prostoru. V této podkapitole je popsán princip sluchu, jak mozek lokalizuje a odděluje zvukové zdroje a jak zvukové podněty přispívají do celkové analytické scény. [1]
Zvuk
Může být definován jako změny tlaku nebo jako elastické mechanické postupné vlnění, s frekvencí v intervalu 16 Hz – 20 kHz, vnímatelné lidským sluchovým orgánem.
Zvuk je vytvářen kmitáním objektu, které způsobuje změny v molekulách média v rámci, kterého je objekt umístěn. Pro účely této práce se médiem myslí vzduch, přestože tento koncept platí také pro kapaliny. Tyto změny se pohybují vzduchem ve formě oscilace a propagace tlakových vln. Tvar vlny je dán dvěma základními složkami: vlnovou délkou a amplitudou viz obrázek č. 8. [46]
Obrázek č. 8: Tvar vlny [41]
Frekvence zvuku je rychlost pohybu molekul, jako výsledek kmitání objektu a je měřena v jednotkách: [Hz]. Frekvence zvuku určuje výšku zvuku. Výška zvuku roste úměrně s frekvencí zvuku.
Amplituda je míra maximálního posunu molekul vzduchu ve zvukové vlně. Zvuk s vyšší amplitudou způsobuje větší změny v atmosférickém tlaku a výsledkem je zvuk s vyšší hladinou intenzity, jejíž jednotkou je: [dB]. [46]
Nezávisle na frekvenci a amplitudě se všechny zvukové vlny šíří ve vzduchu stejnou rychlostí. V úrovni hladiny moře v suchém vzduchu při teplotě 20°C je rychlost šíření zvuku přibližně 340 m/s. Zvuk o delší vlnové délce (nižší tóny) dorazí do ucha méněkrát, ale se stejnou rychlostí, jako zvuk s kratší vlnovou délkou (vyšší tóny) viz grafické zobrazení na obrázku č. 9. [1]
Obrázek č. 9: Vlny s dlouhou a krátkou vlnovou délkou [1]
S tím jak se zvuk šíří vzduchem a naráží na překážky vznikají různé efekty jako např.
odraz, difrakce a refrakce. Na rozhrání dvou prostředí dochází k odrazu. Zvláštním případem odrazu zvuku je ozvěna, která nastává pokud se překážka nachází minimálně 17 m od zdroje, což je vzdálenost, kterou zvuk urazí za 0,1 s. Difrakce zvuku je změna v orientaci vln, když prochází např. štěrbinou. Refrakce – lom vlnění nastává, když zvuková vlna přechází z jednoho prostředí do jiného a je charakteristický změnou v rychlosti a vlnové délce, např.
když vlna přechází z čistého vzduchu do mlhy. Všechny tyto zvukové charakteristiky mohou být využity ve virtuálním prostředí. [1]
Ucho
Soustřeďuje zvukové vlny z okolního prostředí a přeměňují je na nervové impulsy, které putují do mozku, kde se zaznamenávají jako zvukový vjem. Ucho se skládá ze tří částí:
zevní ucho, střední ucho a vnitřní ucho. Zevní ucho je viditelná část a skládá se z boltce a zevního zvukovodu. Střední ucho, které je od zevního ucha odděleno bubínkem, je dutina se třemi kůstkami: kladívkem, kovadlinkou a třmínkem (viz obrázek č. 10), kterými se přenáší zvuk do vnitřního ucha. Hlavní částí vnitřního ucha je blanitý hlemýžď naplněný tekutinou a čidlo pohybu a polohy hlavy. [46]
Pohyb hlavy vnímáme pomocí tří polokruhovitých kanálků vyplněných tekutinou. Přelévání tekutiny dráždí smyslové buňky na stěnách kanálků, a ty zaznamenávají pohyb.
Obrázek č. 10: Schéma sluchového orgánu [50]
Dynamický rozsah zvuku
Vibrující objekt uvádí molekuly vzduchu do pohybu ve formě zvukových vln.
Vysokofrekvenční vibrace vytváří vysokofrekvenční, vysoko výškové zvukové vlny např.
jako píšťalka. Nízkofrekvenční vibrace produkují nízkofrekvenční, nízko výškové zvukové vlny jako trubka. Celkově je dynamický rozsah lidského sluchového ústrojí, viz tabulka č. 1, pozoruhodný. Začátek tohoto rozsahu známý jako absolutní ticho nebo-li práh slyšitelnosti, kdy je zdravé ucho schopno detekovat změny v řádech miliardtin atmosférického tlaku, což představuje posun molekul vzduchu ve zvukové vlně menší než průměr jednoho atomu.
Druhý konec rozsahu je nazýván prahem bolesti a nastává když hladina intenzity zvuku překročí hranici 120 dB. [1]
Tabulka č. 1 Dynamický rozsah lidského sluchového ústrojí [1]
Zdroj zvuku Hladina intenzity [dB]
Absolutní ticho 0
Běžné dýchání 10
Šeptání z 1,5 m 20
Šeptání 30
Déšť 50
Běžná konverzace 60
Silný křik 110
Rockový koncert 120
Tryskový motor 150
Výstřel z brokovnice 170
4.3 Hmat
Od dotyku, tlaku, tepla až po chlad, náš hmat slouží jako mechanické rozhraní mezi našim tělem a okolním světem. Toho lze využít pro přidání pocitu skutečnosti do počítačově generovaného světa. Pro pochopení principu funkce většiny doplňujících zařízení popsaných v kapitole 5, je důležité vědět, jak využíváme hmat při interakci s okolním světem. V této podkapitole je popsáno, jak hmat a proprioceptivní podněty doplňují smysly zraku a sluchu.
[1]
Kožní receptory
Jedná se o rozsáhlý recepční orgán, který reaguje na podněty z vnějšího prostředí.
Nejvíce kožních receptorů se nachází na bříšcích prstů, chodidlech, dlaní a přechodových zónách rtů. Zobrazení jednotlivých receptorů na obrázku č. 11. [62]
Vnímání dotyku a tlaku: tyto receptory reagují na mechanické podněty (rychlá nebo dlouhodobá deformace tkáně).
A) Hmatová tělíska (Meissnerova)
B) Tělíska pro tah a tlak (Vater Paciniova)
Vnímání tepla a chladu: podněty způsobuje teplota vyšší nebo nižší než je teplota kůže.
C) Tepelné receptory (Ruffiniovo tělísko) D) Chladové receptory (Krauseovo tělísko)
Vnímání bolesti: podnětem může být dlouhotrvající dráždění, podnět chemické povahy nebo hluboká bolest z vnitřních orgánů.
E) Volná nervová zakončení (noceceptory) [62]
Obrázek č. 11: Kožní receptory [62]
5 ROZŠÍŘENÁ A VIRTUÁLNÍ REALITA
Kontinuum smíšené reality
Uživatel, který je ponořen do virtuální reality prožívá pouze virtuální stimulaci, (např.: v místnosti ze stěn, na které je promítán obraz nebo při nošení tzv. uzavřených brýlí).
Prostor mezi skutečností a virtuální realitou, dovoluje kombinovat skutečné a virtuální elementy a nazývá se smíšená realita. Rozdělení realit provedl Milgram a Kishino v roce 1994 a je zobrazeno na obrázku č. 12. [37]
Obrázek č. 12: Zjednodušené Miligramovo kontinuum reality-virtuality [37]
Virtuální realita: počítačově generovaná simulace reálného světa. VR v zásadě blokuje skutečný svět a nahrazuje ho světem virtuálním. [4]
Rozšířená virtualita: předměty reálného světa jsou přidány do virtuálního.
Rozšířená realita: má podobný koncept jako virtuální realita, ale namísto blokace skutečného světa je počítačově generovaný obsah přidán do skutečného světa, čímž dojde k propojení RR a skutečného světa.
Metody úpravy reálného světa: z vlastností lidského zrakového ústrojí a cílů smíšené reality lze odvodit požadavky na zařízení rozšířené a virtuální reality. Jedním z hlavních požadavků, které rozlišují zařízení rozšířené reality od konvenčního zařízení, jako jsou např.:
osobní počítače nebo notebooky, je potřeba kombinace skutečného prostředí a virtuálních objektů. Této kombinace lze dosáhnout dvěma základními cestami: opticky průhlednými nebo video průhlednými displeji, více viz podkapitola 5.4.
5.1 Využití rozšířené a virtuální reality
Rozšířená a virtuální realita přinese revoluci do průmyslu, korporátní sféry i domácností a toto bude charakterizováno zvýšenou produktivitou, efektivitou, bezpečností, herním požitkem atd. aktuální využití RR a VR je zobrazeno na obrázku č. 13.
Obrázek č. 13: Diagram využití rozšířené a virtuální reality [autor]
VYUŽITÍ RRA VR
ZÁBAVNÍ PRŮMYSL
UMĚNÍ 3D KRESBY, PROHLÍDKA UMĚLECKÝ DĚL, KONCERTY, KINA
POČÍTAČOVÉ HRY
SINGLE PLAYER (GUNJACK)
MULTIPLAYER (WIZARD ONLINE)
POLOHOVÉ (POKEMONGO) BEZPEČNOSTNÍ PRŮMYSL
ARCHITEKTURA A KONSTRUKCE 3D VIZUALIZACE, CAD, SPOLUPRÁCE A KOMUNIKACE, PRODEJ/NÁKUP NEMOVITOSTÍ
VĚDA A TECHNIKA
SIMULACE/INOVACE
AUTOMOTIVE
JADERNÉ INŽENÝRSTVÍ OPTIMALIZACE VÝROBY A PŘESUNU VELKÝCH KOMPONENT
VZDUŠNÉ APLIKACE LETECKÉ SIMULACE A TRÉNINK
ZDRAVOTNICTVÍ
TRÉNINK
CHIRURGICKÉ ZÁKROKY
STOMATOLOGIE
LÉKAŘSKÉ APLIKACE
LÉČBA POSTRAUMATICKÉ PORUCHY
LÉČBA FÓBIÍ
ZOBRAZENÍ CÉV
ZOBRAZENÍ ZDRAVOTNÍ DOKUMENTACE
KOMUNIKACE PROSTŘEDNICTVÍM OČÍ
ASISTENCE PŘI DIAGNOSTICE VZDĚLÁVÁNÍ
ZPRACOVÁNÍ INFORMACÍ A VIZUALIZACE
TELEROBOTIKA A TELEPRESENCE
ROBOTICKÉ OPERACE
PODMOŘSKÉ APLIKACE
OSTATNÍ
5.2 Využití rozšířené a virtuální reality v bezpečnostním průmyslu Využití RR a VR v bezpečnostním průmyslu je různorodé a proto bylo pro hlubší pochopení rozděleno (viz obrázek č. 14). Vybrané aplikace jsou dále detailněji popsány.
Obrázek č. 14: Diagram využití RR a VR v bezpečnostním průmyslu [autor]
VYUŽITÍ RRA VR V BEZPEČNOSTNÍM PRŮMYSLU
NÁRODNÍ BEZPEČNOST BEZPEČNOSTNÍ SBORY A OZBROJENÉ SÍLY (VÝJMA
HZS)
PROHLÍDKA MÍSTA ČINU
OVLÁDÁNÍ TECHNIKY
BEZPILOTNÍCH LETADEL
PYROTECHNICKÝCH ROBOTŮ, ATD.
VZDÁLENÁ PODPORA
ZOBRAZENÍ INFORMACÍ
O ŘIDIČI, PŘI ROZPOZNÁNÍ ZNAČKY
Ostatní LÉČBA POST-
TRAUMATICKÝCH STAVŮ TRÉNINK
SKOKY PADÁKEM
TÝMOVÁ TAKTIKA ATD.
SOUKROMÉ BEZPEČNOSTNÍ SLUŽBY
TRÉNINK
FYZICKÁ OSTRAHA ZOBRAZENÍ INFORMACÍ
POSOUZENÍ RIZIK VIRTUÁLNÍ PROHLÍDKA OBJEKTŮ
BEZPEČNOST A OCHRANA ZDRAVÍ PŘI PRÁCI
ZOBRAZENÍ INFORMACÍ
POVINNÉ OCHRANNÉ PROSTŘEDKY
NEBEZPEČÍ
DOTYK HORKÝCH ČÁSTÍ
NAVINUTÍ
ZAKOPNUTÍ
NARAŽENÍ
ČÁSTI POD EL. NAPĚTÍM
POŘEZÁNÍ ATD.
VIRTUÁLNÍ INSPEKCE
POŽÁRNÍ OCHRANA
ORIENTACE V BUDOVÁCH
ZOBRAZENÍ INFORMACÍ
TEPLOTA
NEBEZPEČNÉ/TOXICKÉ LÁTKY ÚNIKOVÉ CESTY ATD.
NAVIGACE NA MÍSTO ZÁSAHU
KRIZOVÉ/HAVARIJNÍ PLÁNOVÁNÍ
VIZUALIZACE DAT
KOOPERACE KRIZOVÝCH ŠTÁBŮ
VIRTUÁLNÍ PROHLÍDKA OBJEKTŮ OSTATNÍ
5.2.1 Zobrazení informací
Systémy rozšířené reality jsou nejčastěji využívány k zobrazení dodatečných informací např. ve formě symbolů a textů.
Prostředí, ve kterém dochází k vojenským operacím, bylo vždy komplexní, složité a nepřehledné a s moderními operacemi dochází pouze k prohloubení této komplexnosti. Je složité mít přehled o mnoha přátelských a nepřátelských jednotkách operujících v jednom místě. Dokonce sledování základních informací, jako je lokace spřátelených jednotek, názvy budov a ulic nebo identifikátorů pro orientaci v systému globálních souřadnic se stává náročnějším. Využití systémů RR lze vidět na obrázku č. 15 a 16. Zobrazení více obrazových vrstev umožňuje pozemním jednotkám lepší orientaci v neznámém prostředí. [2]
Obrázek č. 15: Zobrazení názvů ulic a budov a jednotek pomocí RR [2]
Obrázek č. 16: Systém RR zobrazující informace a ohrožení [2]
Systém RR zabudovaný v helmě umožňuje vojákovi získávat časově-kritické taktické informace viz obrázek č. 17 a 18.
Obrázek č. 17: Systémy RR přichyceny na helmách [61]
Obrázek č. 18: Systém RR zabudovaný v konstrukci helmy [13]
Iron Vision, systém RR umožňuje v reálném čase a ve vysokém rozlišení, 360°
zobrazení okolního prostoru. Systém v kooperaci s venkovními kamerami a senzory umožňuje vidět skrz stěny vojenského vozidla (viz obrázek č. 19). [30]
Obrázek č. 19: Pohled skrz pancéřování vozidla [30]
Využití systémů RR pro vizualizaci dat, konkrétně pro lokaci vzdušných, pozemních a lodních sil viz obrázek č. 20.
Obrázek č. 20: Vizualizace dat za využití systému RR [27]
Další z možných využití rozšířené reality je zobrazení optimální cesty k místům požárů (viz obrázek č. 21) případně pro orientaci v prostoru a lokalizaci požárního hydrantu (viz obrázek č. 22).
Obrázek č. 21: Navigace pomocí systému RR [17]
Obrázek č. 22: Lokace kritických prvků [12]
5.2.2 Trénink
Systémy RR jsou při tréninku zapojeny jen minimálně, dominantní roli, zde hrají systémy VR. Při využití bezdrátových systémů VR se může tréninková skupina nebo jednotlivec pohybovat v prostoru a plnit specifické úkoly dle zadání viz obrázek č. 23.
V případě užití kabelových systémů může být tréninková skupina umístěna do speciální konstrukce, která zamezuje pádu a uchycuje kabely pomocí ohebného ramene ze shora viz obrázek č. 24. Při použití systému RR mohou být např. promítáni do brýlí nepřátelé viz obrázek č. 25. [1]
Obrázek č. 23: Armádní trénink za využití systému VR [38]
Obrázek č. 24: Systém VR – policejní trénink [60]
Obrázek č. 25: Nepřítel jako virtuální objekt při tréninku za využití systémů RR [2]
5.2.3 Léčba posttraumatické stresové poruchy
Na univerzitě v Jižní Kalifornii byl vyvinut komplexní systém Bravemind, který slouží jako nový nástroj při terapii vojáků, kteří trpí posttraumatickým stresovým syndromem vyvolaným po návratu z bojové oblasti. Systém umožňuje kontrolovatelné, postupné vystavení pacientů virtuálním zkušenostem, které jsou příčinou traumatických vzpomínek. Jak lze vidět na obrázku č. 26 systém se skládá z počítače se dvěma monitory, brýlí virtuální reality, polohových senzorů, ručního ovladače, subwooferu pro simulaci otřesů a výbuchů, zařízení produkujícího vůni a dalších součástí. K dispozici jsou dva vymodelované virtuální světy: virtuální Irák a Afganistán. Proběhlo několik studií a výstupem bylo, že terapie použitím virtuální reality při léčbě post-traumatického stresového syndromu je statisticky i klinicky významně účinná. [39]
Obrázek č. 26: Bravemind: terapie vojáků trpících post-traumatickým syndromem [39]
Zhodnocení použitelnosti RR a VR v bezpečnostním průmyslu
Systémy RR a VR naleznou uplatnění v celé škále bezpečnostního průmyslu.
U systémů RR bude majoritně využito zobrazování informací a systémy VR budou primárně sloužit k tréninku. S plánovaným zavedením11 sítě 5G bude implementace a vývoj zařízení RR a VR o krok dále, jelikož budoucnost těchto zařízení je právě v bezdrátové komunikaci.
Použitelnost potvrzuje také fakt, že americká armáda uzavřela kontrakt se společností Microsoft v hodnotě cca 479 milionů dolarů12 na 100 tisíc kusů zařízení RR Hololens.
11 https://www2.deloitte.com/cz/cs/pages/technology-media-and-telecommunications/articles/tmt-predictions 12
5.3 Budoucnost využití rozšířené a virtuální reality
Předpokladem je, že systémy rozšířené a virtuální reality se spojí a utvoří variantu, která se nachází mezi, systémy smíšené reality.
Krátkodobý horizont
Systémy virtuální reality budou primárně zaměřeny na hráče počítačových her postupně s tím, jak bude klesat cena pro pořízení kompletního systému, která se aktuálně pohybuje okolo 30 tis. Kč a skládá se z displeje pro virtuální realitu, ovladače a osobního počítače. V případě využití systému virtuální reality společnosti Sony se cena v roce 2018 pohybovala kolem 15 tis. Kč.
Dlouhodobý horizont
Zatímco virtuální realita bude na svém vrcholu, budou přicházet potenciálně zdraví škodlivé následky využívání 3D displejů, které se nachází v bezprostřední blízkosti očí.
Problémy s vestibulárním reflexem, vergencí a akomodací oka jsou minimalizovány pomocí softwaru a inovativních optických systémů, přesto stále určité riziko v této oblasti existuje.
Ostatní rizika nejsou známa, existují však studie, které se na danou problematiku soustřeďují. Značný potenciál pro úspěch na poli rozšířené reality představuje kontaktní čočka viz obrázek č. 27 s integrovaným micro displejem, která plní také funkci klasické čočky. S rostoucím výpočetním výkonem a klesajícími náklady na něj se budou více uplatňovat systémy založené na klasickém přístupu oproti heuristickému. Nebude již možné rozeznat reálný obraz od obrazu zobrazeného na displeji. [6]
Obrázek č. 27: Innovega iOptik systém [32]
5.4 Hardwarové technologie a zařízení rozšířené a virtuální reality Jedna z nejdůležitějších částí rozšířené a virtuální reality je schopnost uživatele vidět vytvořené prostředí/objekty. Neméně důležité však je, že samotné zařízení rozšířené/virtuální reality je schopno „vidět“ a k tomu je zapotřebí počítačově řízený zobrazovací systém. Rozšíření a virtuální realita je různorodá, komplexní, a proto nelze jeden typ zařízení používat univerzálně pro všechny aplikace. Některé ze zařízení využívají zvuku k zobrazování informací/navigování, jiné jsou navrženy s vestavěnou kamerou v rámečku brýlí. Jednotlivé typy zobrazovacích zařízení lze rozdělit dle následujících charakteristik:
Realita:
• Zařízení pro rozšířenou realitu
• Zařízení pro virtuální realitu Uživatel:
• Průmyslové
• Komerční
• Koncové Prostředí užití:
• Venkovní
• Vnitřní Typ zařízení:
• Nositelné o Helmy
o Kontaktní čočky o Brýle
• Nenositelné
o Mobilní zařízení (mobily, tablety)
o Stacionární systémy (projektory, televize, počítače) o Zabudované displeje (v autě, letadle, atd.)
Všechny na hlavě nositelné zobrazovací zařízení pro rozšířenou a virtuální realitu využívají stejného základního konceptu, i když se liší ve velikosti a konfiguraci. Při zjednodušení se všechny tyto displeje skládají z nejméně jednoho obrazového zdroje a optiky. Na základě specifického designu a plánovaného využití se tato základní definice rozšíří a bude zahrnovat různé vlastnosti a funkce, jako druhý zobrazovací kanál, senzory pro sledování směru pohledu atd.
Displeje/brýle mohou být kategorizovány podle jejich okularity na monokulární, biokulární a binokulární, rozdíly lze pozorovat na obrázku č. 28. [1]
Obrázek č. 28: Okularita displeje/brýlí [1]
Monokulární displeje poskytují jedno-kanálové zobrazení prostřednictvím malého displeje a optiky umístěné před jedním okem, zatímco druhé oko vidí skutečné okolní prostředí. Typicky jsou tyto displeje využívány k zobrazování informací a jejich uplatnění je především ve vojenských leteckých aplikací.
Biokulární zařízení poskytují jedno-kanálové zobrazení pro obě oči. Tento typ displeje je nejčastěji využíván pro filmové diváky nebo pro aplikace, kde není zapotřebí prostorové vnímání např. při činnostech prováděných z velké blízky jako je trénink svařování.
Třetí kategorií jsou binokulární displeje, kde každé oko přijímá vlastní obrazový kanál, jako je tomu u lidského vidění, čímž je zajištěno stereoskopické vidění (prostorové vidění). Výhody a nevýhody jednotlivých typů systémů jsou popsány v tabulce č. 2. [1]
Tabulka č. 2 Primární výhody a nevýhody jednotlivých typů systémů [1]
Displeje lze následně dělit podle druhu zobrazení na tyto kategorie:
• Virtuální reality o Video displeje
• Rozšířené reality
o Opticky-průhledné displeje o Video-průhledné displeje
Podle použité technologie zpracování rozlišujeme displeje:
• LCD – Liquin Crystal Displays Panels
• OLED – Organic light emitting diode panels
• DLP – Digital light projector microdisplay
• LCos – Liquid crystal on silicon microdisplay
Video displeje plně vylučují uživateli možnost sledovat skutečný svět. Počítačově generovaný obsah je promítán uživateli viz obrázek č. 29. [7]
Obrázek č. 29: Schématické zobrazení video displeje [7]
Okularita Výhody Nevýhody
Monokulární Nízká hmotnost, jednodušší integrace
Nesterooskopické vidění, vizuální rivalita mezi očima
Biokulární
Nižší hmotnost než binokulární, bez vizuální rivality, využití při
činnostech z blízké vzdálenosti
Nesterooskopické vidění, nižší zorný úhel než binokulární, větší rozměry oproti monokulárním
Binokulární Prostorové vidění, větší zorný úhel Vysoká hmotnost, vyšší cena, vyšší nároky na výpočetní výkon
Opticky-průhledné displeje využívají optické elementy, které jsou částečně transmisivní a částečně reflexní pro dosažení kombinace virtuálního objektu ve skutečném prostředí.
Optickým elementem může být např.: částečně stříbřené zrcadlo, které umožní dostatečnému množství světla ze skutečného světa projít skrz, čímž může být přímo sledován a zároveň, počítačově-generovaný obsah je promítán na strany zrcadla a odrazem se přimíchá do skutečného obrazu. Schéma tohoto typu zařízení zobrazuje obrázek č. 30. [7]
Obrázek č. 30: opticky-průhledný displej [7]
Video-průhledné displeje dosahují kombinace reálného světa s virtuálními objekty elektronicky. Pomocí kamery je zaznamenávám obraz skutečného světa a následně pomocí grafického procesoru je zkombinován s počítačově generovanými objekty, nejčastěji jednoduchým vložením virtuálního obrazu do pozadí. Obraz je ve finále zobrazen pomocí konvenčního zařízení viz obrázek č. 31. [7]
Obrázek č. 31: Schématické zobrazení video-průhledného displeje [7]
Druhou nejdůležitější součástí systému rozšířené a virtuální reality z hlediska hardwaru tvoří zvukové systémy. Již bylo řečeno, že uši ukazují směr očím13. Obdobně jako ve skutečném světe, použití zvuku v aplikacích rozšířené a virtuální reality může zlepšit situační uvědomění, orientaci v prostoru, vnímání velikosti atd. Na druhou stranu existuje také celá řada aplikací, u kterých je přítomnost zvuku zcela nežádoucí, např. u aplikací, které vyžadují vysokou pozornost. V následující části jsou popsány dva základní typu zvukových systémů.
Monotónní zvuk je zvuk, u kterého jsou všechny zvukové signály zkombinovány do jednoho kanálu a výstup je utvořen pomocí jednoho reproduktoru. Na obrázku č. 32 lze vidět, že zvuk přichází pouze z jednoho bodu. Monochromatické zvukové systému mohou také využít dvojici reproduktorů, kde každý z nich přijímá identický výstupní signál.
Základní charakteristika tohoto typu systému je, že monotónní zvukové signály neobsahují informace o intenzitě a času přenosu, které následně obě uši mohou využít při prostorové orientaci. Systém s monotónním zvukem najde uplatnění zejména v aplikacích, u kterých není vyžadována prostorová orientace. Nejjednodušším příkladem může být zařízení pro varovný signál nebo tón pro upozornění. Výhodou tohoto systému je nižší pořizovací cena oproti systémům se stereofonním zvukem. [1]
Obrázek č. 32: Schéma monotónního zvukového systému [1]
Stereofonní zvuk. Jedná se o zvukově reprodukční formát v rámci, kterého je více zvukových signálů kombinováno do dvou na sobě nezávislých zvukových kanálů. Ve srovnání s monochromatickými systémy obsahují stereofonní zvukové signály informace o intenzitě a času přenosu, které následně obě uši mohou využít při prostorové orientaci viz obrázek č. 33. Stereofonní systémy vyžadují dva nebo více reproduktorů.
13
Obrázek č. 33: Schéma stereofonního systému s levým a pravým kanálem [1]
Stereofonní systémy mohou být rozděleny do dvou kategorií:
• Umělé
• Opravdové
U umělých systémů je jednokanálový zvukový signál šířen více reproduktory a dodatečnou výpočetní technikou (filtry) je upraven pro zajištění požadovaných charakteristik. Opravdové stereofonní systémy využívají dva zvukové kanály, které mají odlišnou intenzitu a čas přenosu, což vede k reprodukci originálního zvukového pole.
Ideálního rozložení zvukového systému je dosaženo, když je posluchač umístěn ve středu reproduktorů a s dostatečným odstupem, čímž dojde k vytvoření imaginárního trojúhelníku, jak zobrazuje obrázek č. 34.
Obrázek č. 34: Ideální triangulární pozice zvukového systému [14]
5.4.1 Zařízení rozšířené reality
S rostoucími možnostmi výpočetních a zobrazovacích technologií roste také naše schopnost přidávat do reálného světa grafické, textové či v jiné podobě informace. V této podkapitole budou podrobněji popsány vybrané zařízení pro rozšířenou realitu. Největší část trhu představují binokulární zařízení, jejichž princip je popsán v předchozí podkapitole.
Epson Moverio BT-300
Jedná se o jedno z prvních komerčně dostupných zařízení pro rozšířenou realitu.
Výroba byla spuštěna v roce 2011, kdy se jednalo o samostatné binokulární zařízení běžící na operačním systému Android, fungující na principu přenosu světla pomocí zrcadel.
Tloušťka použité čočky neumožňovala zařízení používat k hraní her nebo k hledání nejbližší kavárny na ulici. Nová verze zařízení je vidět na obrázku č. 35 níže, ta již využívá Si-OLED displej, který nabízí vyšší rozlišení a kvalitu obrazu. Výpočetní výkon zařízení není integrován do samotných brýlí, ale nachází se v kabelem připojené krabičce, která slouží jako ruční ovladač se třemi tlačítky a trackpadem. Epson svým zařízením cílí na firemní klientelu. Specifikace zařízení jsou uvedeny v tabulce č. 3. [21]
Obrázek č. 35: Epson Moverio BT-300 [autor]
Tabulka č. 3: Specifikace zařízení Epson Moverio BT-300 [21]
Vlastnost Specifikace Typ displeje Si-OLED
Rozlišení 720p
Zorný úhel 23°
Orientace v prostoru kompas, akceleromater, gyroskop Komunikace Wi-Fi, bluetooth, usb
Jas 1200 cd/m^2
Kontrast 100 000:1
Lumus DK-50 Development Kit: Jedná se o binokulární zařízení, viz obrázek č. 36, izraelské společnosti Lumus fungující za využití modulů polarizační optiky. Zařízení běží na operačním systému Android s implementovaným pohybovým senzorem a dvojicí čtyř megapixelových kamer a zároveň obsahuje také software pro vývoj aplikací a připojení bezdrátového ovladače. Výrobce zařízení dodává ve více výkonnostních variantách. Není určeno pro konečného zákazníka, ale pro ostatní výrobce jako referenční kus. [34]
Obrázek č. 36: Zařízení Lumus DK-50 [34]
AtheerAiR Glasses: binokulární zařízení, viz obrázek č. 37, kalifornské společnosti Atheer vyrobené pro víceúčelové využití od zdravotnictví až po logistiku. Využívá optiku výše zmíněného výrobce Lumus. Systém je navržen pro interakci s objekty a data jsou prezentovány uživateli pomocí přirozených gest, hlasových příkazů a sledování pohybu.
V případě užití zařízení AiR Enterprise Suite je možné pomocí cloudových služeb kooperovat s jinými uživateli, např.: při návrhu a kontrole úkolů, podporovány jsou také video-hovory, zobrazování poznámek a další. Zařízení běží na vlastním operačním systému AiR a je možné ho ovládat i s rukavicemi. Specifikace obou zařízení jsou v tabulce č. 4. [66]
Obrázek č. 37: Zařízení AtheerAiR Glasses [66]
Tabulka č. 4: Specifikace zařízení Lumus DK-50 a AtheerAiR Glasses [34] [66]
Vlastnost Lumus DK-50 AtheerAiR Glasses
Typ displeje LCOS LCOS
Rozlišení 720p 720p
Zorný úhel 37° 50°
Orientace v prostoru 9DoF IMU 9DoF IMU
Komunikace Wi-Fi, bluetooth, int. anténa Wi-Fi, bluetooth, 4G int. anténa
Jas 4100 cd/m^2 4100 cd/m^2
Kontrast >250:1 >250:1
DAQRI Smart Helmet a Smart Glasses
Binokulární zařízení, viz obrázek č. 38, kalifornské společnosti DAQRI, které je kompletně zabudované v obličejovém štítu obsahujícím termokamerové infračervené pole a trojici kamer pro infračervené hloubkové mapování a sledování pohybu uživatele. Zařízení je možné nakonfigurovat pro více rozdílných uživatelů. Novým produktem firmy je také zařízení v podobě brýlí viz obrázek č. 39. Specifikace zařízení jsou v tabulce č. 5. [20] [51]
Obrázek č. 38: Zařízení DAQRI Smart Helmet [20]
Obrázek č. 39: Zařízení DAQRI Smart Glasses [51]
Tabulka č. 5: Specifikace zařízení DAQRI Smart Helmet a Smart Glasses [20] [51]
Vlastnost Smart Helmet Smart Glasses
Typ displeje LCOS LCOS
Rozlišení - 720p
Zorný úhel - 44°
Orientace v prostoru VizNav kamera 10 stupňů svobody VizNav kamera 10 stupňů svobody Komunikace Wi-Fi, bluetooth, integrovaná anténa Wi-Fi, bluetooth, integrovaná anténa
