Развитие методов визуальной обработки информации [1] создает новые технологии исследования окружающего мира и построения информационной картины мира [2]. В визуальном моделировании развивают два направления: замену реальности путем создания ее виртуальной модели в искусственном информационном поле [3] и дополнение реальности за счет создания многослойной информативной модели, которая не присуща человеческому восприятию. Первое направление называют виртуальным моделированием [4, 5], а модель, созданную на ее основе, называют виртуальной реальностью [6]. Такое название подчеркивает разрыв между данной визуальной моделью и реальным миром. Создателем термина «виртуальная реальность» считается Jaron Lanier (1989).
Второе направление визуального моделирования основано на создании сложной модели, в которой главной является реальность окружающего мира, а визуальные модели и моделирование дополняют и уточняют эту реальность. В этом направлении модель создается не в искусственном, а в реальном информационном поле [7]. Это направление создает модель, которую называют дополненной реальностью, подчеркивая ее связь с реальным миром в альтернативу виртуальной реальности. Создателем термина «дополненная реальность» считают Томаса П. Каудела [8] (1990). Дополненная реальность или «расширенная реальность» (augmented reality – AR) – результат введения в поле восприятия дополнительных сенсорных данных с целью расширения сведений об окружающем мире. Эта модель называется также «смешанная реальность» (mixed reality – MR), создаваемая с использованием компьютерного «дополнения» элементов воспринимаемой реальности. В области геоинформатики аналогом дополненной реальности является мультимасштабная карта [9], которая представляет собой условную модель реальности, хранимую в базе данных, в виде послойного визуального отображения карт в разных масштабах и даже отдельных объектов. Мультимасштабная карта при необходимости делает mix – смешанную карту разных масштабов для детального изучения отдельных фрагментов при сохранении общего представления о соотнесении разных фрагментов реальности, то есть при сохранении пространственных отношений.
Как концепция AR может интерпретироваться как прямой или расширенный взгляд на физическую реальную среду, элементы которой дополняются компьютерным сенсорным вводом, таким как звук, видео, графика или данные ГНСС. Это связано с понятием «опосредованная реальность», в котором взгляд на реальность модифицируется с помощью когнитивного фильтра компьютером. В результате технология функционирует, улучшая текущее восприятие реальности [10].
Дополненная реальность моделирует реальную информационную ситуацию [11], но дополняет ее информацией, которая при обычном человеческом восприятии отсутствует. Отдаленно это можно сравнить с восприятием окружающего мира стрекозой. Человеческое восприятие мира основано на использовании двух глаз как двух сенсоров и называется дихоптическим. Изображение строится по законам геометрической оптики. Глаза насекомых имеют фасеточное строение, и каждый глаз содержит множество сенсоров. Такое восприятие называется голоптическим. В нем одни визуальные модели дополняют другие. Такое восприятие в природе и моделирование в информационном поле создает информационное преимущество [11] в сравнении с обычным восприятием. Оно имеет не только больший обзор, но и более детальное восприятие, в первую очередь, динамики внешнего мира. Именно этот механизм заложен в дополнительной реальности.
Увеличение восприятия за счет AR обычно происходит в режиме реального времени и в семантическом контексте с элементами окружающей среды, например, дополнительная графика при анализе футбольных матчей, которая поясняет схему защиты или нападения команд. Поскольку термин «дополненная реальность» был предложен сотрудником корпорации Boeing [8], то в первую очередь эта технология часто используется на летных тренажерах и при анализе летной ситуации [12]. При этом такая ситуация моделируется не столько на тренажерах (там виртуальная реальность), сколько при управлении реальных летательных аппаратов [12].
Можно определить AR как сложную информационную систему [13], которая выполняет следующие основные функции: совмещает виртуальное и реальное; взаимодействует в реальном времени; работает с моделями 3D [14]. В системах AR компьютер анализирует воспринимаемые визуальные и другие данные, чтобы синтезировать и позиционировать аугментации. Ключевой мерой AR-систем является то, насколько реалистично они интегрируют аугментации с реальным миром. Программное обеспечение AR должно выводить координаты реального мира, независимо от камеры, от изображений камеры. Этот процесс называется регистрацией изображений, который использует различные методы компьютерного зрения, в основном связанные с видео- отслеживанием. Системы находят применение в образовании, медицине, коммерции, архитектуре и др. С 2003 года армия США интегрировала подобную систему в теневую беспилотную авиационную систему, чтобы помочь операторам датчиков использовать телескопические камеры для поиска людей или объектов, представляющих интерес.
В целом следует констатировать, что феномен дополненной реальности не является принципиально новой разработкой, а является результатом переноса механизма восприятия из мира насекомых в техническую и информационную область.