AR(拡張現実)とVR(仮想現実)とは？

ARとVRの違い

ARとVRは、どちらも現実をシミュレーションしますが、基盤となるコンポーネントは異なり、対象となるユーザーも通常は異なります。

VR(仮想現実)では、現実の世界を仮想の世界に完全に置き換えるために、ユーザーはほぼ必ず目を覆うヘッドセットとヘッドフォンを着用します。VRは、現実の世界をできる限り排除し、ユーザーを現実の世界から引き離すという着想に基づいています。ユーザーがいったんその中に入れば、VRの宇宙は、ライトセーバーを手にダース・ベイダーと闘うことから、地球をリアルに再現する(完全に作り出す)ことまで、コーディングによってあらゆることを生み出せます。VRは、製品デザイン、トレーニング、建築、小売の世界でビジネス用途に使われているケースもありますが、現時点ではエンターテインメント、中でもゲームの世界で使われることが圧倒的に多くなっています。

一方、AR(拡張現実)は、シミュレーションした世界を現実の世界と融合します。多くのARアプリケーションは、スマートフォンやタブレットの画面を使用して2つの世界を融合させるようになっており、ユーザーがデバイスのカメラを関心のあるものに向けると、そのシーンのライブストリーミングビデオが画面上に生成されます。続いて、画面上には修理の手順や道順、診断データなどの有用な情報がオーバーレイされます。

ARはエンターテインメントアプリケーションに使用することもできます。プレイヤーが現実の世界を動き回りながら仮想の生き物を捕まえようとするモバイルゲーム、Pokemon Goは、その典型的な例です。

AR(拡張現実)とVR(仮想現実)の例

ARのユースケースは豊富にあり、その数は増え続けています。現在ARを利用できるアプリケーションには、次のようなものがあります。

• Ikea Placeは、自宅にIkeaの家具を置いた様子を見ることができるモバイルアプリケーションです。部屋のライブビデオストリーム上に家具が3Dでオーバーレイされます。
• YouCam Makeupを使用すると、ライブのセルフィーで実際の化粧品を仮想的に試すことができます。
• 修理技術者がヘッドセットを身につけると、故障した機器の修理や保守の手順が順を追って説明され、各パーツの取りつけ場所や、作業の順序が正確に図示されます。
• さまざまなスポーツで、統計データをリアルタイムで提供したり、アスリート向けに身体トレーニングの質を高めたりするためにARが利用されています。

VRがゲームなどのエンターテインメントではなく、ビジネスで利用されているケースには、次のようなものがあります。

• 建築家は、VRを使用して家を設計し、基礎工事に取りかかっていない段階で依頼主に「家の中を歩き回ってもらう」ことができます。
• 自動車などの乗り物は、VRを使用して設計されるケースが増えています。
• 消防士、兵士など、危険な環境で働く人は、VRを使うことで自らを危険にさらさずにトレーニングを受けることができます。

AR(仮想現実)とVR(拡張現実)の歴史

初期の仮想現実システムが登場したのは1950年代から1960年代にかけてでしたが、VRとARの概念は、1980年代初頭になって軍事目的に本格的に活用されるようになりました。トロン、マトリックス、マイノリティ・リポートといった映画は、いずれもVRやARが今後どのように進化していくかという未来像を描きました。

1993年には、VRヘッドセットを発売しようとする初の本格的な試みが行われました。セガ・ジェネシス(日本での名称はメガドライブ)ゲームシステムの拡張機器として開発されたこのVRヘッドセット、Sega VRは、結局発売には至りませんでしたが、VRテクノロジーに対する消費者の関心を高めました。その後、2010年にOculus Riftが登場するまで、消費者向けとして成功を収めるVRヘッドセットは登場しませんでした。現在もこうしたデバイスは高価であり、主に一部のゲームユーザーだけが関心を寄せるものという点で変わっていません。

1990年頃にVRから枝分かれしたARが一般の人の注目を集めたのは、1998年のことでした。この年、アメリカンフットボールのファーストダウンまでの距離をわかりやすくするために、テレビ局が競技場の映像に黄色いラインをオーバーレイするようになったのです。その後10年にわたって、ARテクノロジーを利用したさまざまなアプリケーションが軍事目的や一般消費者向けに設計されるようになりました。前者の例としては、戦闘機のコックピットを挙げることができます。後者の例としては、雑誌やパッケージ製品に組み込まれるようになったQRコードがあります。QRコードは、消費者が携帯電話でスキャンすると短い3Dビデオが表示され、製品を「生き生き」と紹介します。

2014年には、ヘッドマウントディスプレイ式のARデバイスをあらゆる人に提供するというビジョンのもとに、Google社からGoogle Glassが公表されました。声やタッチ動作でコントロールするARヘッドセットであるGoogle Glassを巡っては、誰もが24時間365日公共の場で映像を録画するという新しい現実に対して、懐疑的な受け止めや批判が広がりました。プライバシーが突如、消費者向けARについての大きな論点として浮上したのです。Google社は最終的にプロジェクトを延期し、数年後、対象を企業ユーザーに切り替えてプロジェクトを再開しました。

ビジネスでのAR(拡張現実)の活用

ARは、現在のところ、圧倒的にビジネスや企業向けのユースケースで応用されています。主な例には、次のようなものがあります。

• 設計と建築 — 設計と建築が現時点でARの最も一般的かつ有益な用途であることは、ほぼ間違いありません。設計者は、ARを活用して、仮想の製品(または構造物)が実際の環境でどのように見えるかを確認したり、既存の製品に手を触れることなく仮想的に微調整を加えたりしています。
• 保守と修理 — ARテクノロジーは、産業機器からビル全体まで、さまざまな製品の修理、アップグレード、保守の手順を追って技術者に示すことができます。ARを使用すれば、技術者は紙のマニュアルやWebサイトを参照しなくとも、機械そのものの上に詳しい手順をオーバーレイして作業を進めることができます(多くの場合、手順は視覚的に示されます)。
• トレーニングと教育 — 企業は、ARテクノロジーを活用して従業員のトレーニングに臨場感のある体験を加え、従業員が新しい製品や概念を包括的に思い描けるようにしています。同じ動きは、学校でも広がり始めています。
• 医療 — ARテクノロジーは手術室で採用されるようになり、手術のクリティカルな手順や患者のバイタルデータなどがオーバーレイで示されるようになっています。
• 小売 — 仮想メイクアップから仮想試着室まで、企業はARを活用して、消費者のショッピングをより充実した最新の拡張現実体験に変えています。
• テクノロジー — Splunk Augmented Realityなどの製品は、大手電力会社がARの力で停電への対応を改善したり、データ全体を詳細に可視化したりできるようにしています。
• マーケティング — ARの採用は、パッケージや販売促進用品から屋外広告にまで広がり、企業はこれまでにない、はるかに記憶に残る方法で顧客と直接接触できるようになっています。

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AR(拡張現実)システムを構成するコンポーネント

ARには、実装方法によってさまざまなものがありますが、一般にARは次のようなハードウェアコンポーネントとソフトウェアコンポーネントで構成されています。

以下のハードウェアコンポーネントは、ARを支える基盤です。スマートフォンを使ったARの体験では、以下のコンポーネントの一部がすでにサポートされていることがあります(次のセクションで詳しく触れます)。

• プロセッサ – 拡張現実では、必要な画像を生成し、適切な場所に配置して現実の環境に存在しているように見せるために高い処理能力が必要とされます。プロセッサはモバイルハンドセットや、ウェアラブルデバイスに組み込まれていることがあります(この次の項目で詳しく触れます)。
• ディスプレイ – ARでは、画像が生成され、何らかの形態のディスプレイに表示されます。具体的な用途によって利用できるディスプレイの形態はいくつか考えられますが、代表的なものを以下に挙げます。
  
  
  • 携帯機器 – スマートフォンやタブレットの画面は、ARのホログラム画像を見る最も一般的な方法と言っていいでしょう。ユーザーが関心のあるものに自分のスマートフォンのカメラを向けると、カメラのレンズによって生成されたライブホログラム映像にARの情報がオーバーレイされます。
  • ウェアラブルデバイス – Google Glass、Vuzix Blade、Solos Smart Glassesなどのスマートグラスは、いずれも普通の眼鏡でありながら、身につけている人にだけ見えるスマートディスプレイを備えた設計となっています。拡張現実ヘッドセットを身につけた人は、透明なレンズを通してまっすぐ見ることで現実の世界を見ることができ、そこに内蔵ディスプレイによって情報がオーバーレイされます。一方、VRヘッドセットは内蔵スクリーンが透明ではなく、着用者が現実の世界を直接見ることはできないため、AR環境ではあまり使用されません。VRヘッドセットで現実の世界を確認できるようにするには、現実の世界を映像で再構築して内蔵スクリーンに表示する必要があります。
  • 車のヘッドアップディスプレイ(HUD) – HUDは、車のフロントガラスをスクリーンとして使用するシステムです。ダッシュボードからフロントガラスに向かってスピード、方向などの画像がデバイスによって映し出されます。運転者は、鏡のようにガラスに当たって跳ね返ったこの画像の反射を見ます。
  • その他 — 今後は、スマートコンタクトレンズなどのデバイスや、網膜に画像を直接投影できるシステムといった革新的なものが実用化されていく可能性があります。
• カメラ – ARを機能させるために必要な基本的なセンサーとして、カメラはライブの映像をプロセッサに提供します。映像を受け取ったプロセッサは環境の重要な様相を検知し、その上にARデータがオーバーレイされます。カメラ自体は、デジタル情報を一切処理せず、映像を提供する役割のみを果たします。
• その他のセンサー – ARの多くは動きを実現するように設計されるため、稼働させるにはカメラ以外の種類のセンサーが必要になります。たとえば、カメラが向いている方向を示す加速度計やデジタルコンパスなどの空間センサー、ユーザーの位置情報を追跡するGPSセンサー、シミュレーションに音声データを組み込むマイク、レーザーを使用して正確な距離を測定するLiDaRなどがあります。
• 入力デバイス – 動いている人は、多くの場合、コンピューターにコマンドを自由に入力できません。このため、ARシステムは多様な種類の入力テクノロジーに対応するように考えられてきました。最も多用されているのはモバイルデバイスのタッチスクリーンで、スマートフォンやタブレットが利用できる場面では、ARシステムとの自然なやり取りを実現できます。その他の入力テクノロジーには、ユーザーが音声でシステムをコントロールできる音声認識テクノロジーや、一般に手の動きをコマンドに変換するジェスチャー認識システムなどがあります。

ARを実現するには、数種類のソフトウェアアルゴリズムが必要です。大まかには、次のようなアルゴリズムが挙げられます。

画像レジストレーション – 人の周りの状況を極めて写実的に描写し、その情報を使用して現実の世界のさまざまな座標やその中にあるオブジェクトを判断するソフトウェアです。画像レジストレーションは現実の世界をマッピングし、前面と背面に何があるか、あるオブジェクトがどこで終わって、別のオブジェクトがどこから始まっているか、人の関心がどこに向いているかといった情報を判断します。

3Dレンダリング – 現実の世界のマッピングとカテゴリ分けができたら、次にその上に拡張現実情報をオーバーレイする必要があります。3Dレンダリングソフトウェアは仮想オブジェクトを生成し、ライブ画像内の適切な場所に配置します。Augmented Reality Markup Language (ARML)は、仮想オブジェクトの場所と外観を設定するための現時点で標準となっているプログラミング言語です。

コンテンツ管理 – コンテンツ管理は、仮想オブジェクトや3Dモデルのデータベースを保持するシステムが組み込まれた、バックエンドのテクノロジーです。

インターフェイス – ビデオゲームであれ、技術管理ツールであれ、インターフェイスは映像で表現された拡張現実の世界とユーザーとを仲介します。

開発ツールキット – さまざまなオープンソーステクノロジーや独自テクノロジーによってARプログラマー向けのフレームワークが提供されており、プログラマーはこうしたフレームワークを活用して、選択したプラットフォームでARアプリケーションを構築できます。

モバイルデバイスでAR(拡張現実)が実現される仕組み

現在目にするARの多くは、携帯電話のアプリケーションの形で提供されています。iPhoneやAndroidスマートフォンを所有している人であれば、何百ものARアプリケーションにアクセスでき、ARを利用するために他のハードウェアは必要ありません。ARを実現するために必要な核となるソフトウェア機能はすべて、スマートフォンのオペレーティングシステムに内蔵されています。

一般的なユースケースでは、ARユーザーが自分の携帯電話やタブレットでアプリケーションを起動します。ほとんどのARアプリケーションのデザインはかなりシンプルです。ユーザーが携帯電話やデバイスを関心のあるものに向けて待つだけで、アプリケーションが画面にコンテキストを追加します。追加されるコンテキストは、道順から、空に見えている星の名前、ダンスのステップまで多岐にわたります。これがモバイルデバイスでARを実現するための仕組みになります。

ARとVRの課題

ARとVRの開発は始まったばかりであり、真の意味で主流のテクノロジーとなるには、まだまだ長い道のりをたどらなければなりません。最もよく指摘されるテクノロジーおよびビジネス上の課題には、次のようなものがあります。

テクノロジー上の課題

• モバイルデバイスの処理能力の限界 – モバイルハンドセットの処理能力は限られていますが、ユーザーをデスクトップやサーバーに縛りつけることは現実的ではありません。モバイルデバイスの処理能力を高めるか、負荷をクラウドへオフロードする必要があります。
• 携帯電話の帯域幅の狭さ – クラウドを活用した処理は、モバイルデバイスの処理能力というボトルネックを解消する画期的な解決策となると見込まれますが、ほとんどの場所では携帯電話の帯域幅が狭すぎて、ARに必要な映像のリアルタイム処理ができません。しかし、この問題は携帯電話の帯域幅が広くなるにつれて改善すると考えられます。
• 開発の複雑さ – ARやVRアプリケーションの設計は、コストがかかる上、複雑です。プログラマーがARやVRのテクノロジーを活用できるようにするには、開発ツールが使いやすいものになる必要があります。

ビジネス上の課題

• VRハードウェアの不便さ – VRヘッドセットを身につけたり、VRのための空間を部屋に用意したりすることを考えると、面倒に感じるユーザーは少なくありません。また、ゲーム用コントローラーを改良した形のVR入力デバイスは、直感的に操作できないことが多く、慣れるまでに時間がかかります。
• ビジネスモデルの構築 – ビデオゲーム以外のARアプリケーションやVRアプリケーションの多くは、開発の初期段階に留まっており、ビジネスの世界での成長性はまだ実証されていません。
• セキュリティとプライバシー上の問題 – 初代のGoogle Glassに対する反感は、カメラの急激な増加やそのプライバシーへの影響に疑問を持つ人が依然として多いことをはっきりとさせました。ビデオ画像のセキュリティをいかに確保するのかや、コピーがどこかに保存されるのか、といったことが課題となっています。

しかし、こうした課題はあるものの、ARとVRのいずれについてもビジネスや商用でのユースケースを拡張する大きな前進が見られており、この2つのテクノロジーは主流へとさらに近づいています。

ARとVRの今後の展望

ARとVRには間違いなく明るい将来が開けており、今後何年にもわたって多くの新機能が登場するとともに、用途も広がることが見込まれます。映像の品質、処理能力、携帯電話の帯域幅、ARおよびVRハードウェアの向上によって、ARとVRはより広く受け入れられるようになるでしょう。また、開発コストが低下し、複雑さが緩和されることによって開発の選択肢も増えていくはずです。目の動きや顔の表情を追跡するシステムによって、ジョイスティックなどの使い勝手が悪いコントローラーは徐々に陳腐化していくと考えられます。

ビデオゲームやエンターテインメントは今後もこの市場を牽引していくでしょうが、ARとVRの新しい実践的な応用方法も現れてくるはずです。VRの分野では、外科医がシミュレーションされた環境の中のみで執刀し、実際の手術を施すのはロボットシステムという、完全に仮想化された手術(IoMT)などが実現するでしょう。ARの分野では、現実の世界を1対1で複製することを目指すミラーワールドと呼ばれる新しいテクノロジープラットフォームによって、どのような場所へも仮想的に旅することができるようになるでしょう。教育は、学術とビジネスの世界の両方で、今後もARとVRプラットフォームを基盤とした仮想モデルへとシフトしていくと見込まれます。そして、小売業者もARアプリケーションを利用して仮想ショッピングアプリケーションの質を高め続け、それに伴って実店舗は徐々に必要のない過去のものとなっていくでしょう。

ARとVRは、どちらも現段階ではかなりニッチなテクノロジーですが、その成熟の先には目覚ましい未来が待ち受けています。革新的なVRビデオゲームやARによるナビゲーションが普及するにつれて、これらのテクノロジーを応用した新しい製品やサービスを試してみようという消費者の機運が高まっています。産業では、特にARが設計や保守から医療まで、あらゆることに応用され始めています。今後ARとVRをベースとする新しいツールが登場してくることが大いに期待されます。