России нужно 54 миллиарда на развитие виртуальной реальности

В распоряжении CNews оказался проект дорожной карты развития технологий виртуальной и дополненной реальности (VR/AR). Документ подготовлен Дальневосточным федеральным университетом (ДВФУ) в рамках реализации мероприятий федерального проекта «Цифровые технологии» национальной программы «Цифровая экономика».

«Технологии виртуальной и дополненной реальности (VR/AR) являются ключом к принципиально новому уровню взаимодействия человека с цифровым миром, которые играет все большую роль в глобальной экономике, политике, социальных отношениях» , - говорится в документе. - На сегодняшний день эти технологии получили наиболее серьезное развитие на рынках развлечений и маркетинга, но это не предел, а только первая ступень их внедрения». Наиболее перспективными с точки зрения экономического эффекта являются продукты на основе VR/AR-технологий в сфере промышленного производства, образования, здравоохранения, потребительских сервисов.

У российских компаний, научных и образовательных организаций есть существенные технологические заделы, позволяющие претендовать на лидерские позиции в ряде сегментов мирового рынка, считают авторы дорожной карты. Широкое внедрение VR/AR-технологий способствует развитию экономики страны, существенному повышению производительности и эффективности на промышленных предприятиях в рамках Индустрии 4.0, формированию новых подходов к процессу обучения и повышению уровня образования, повышению уровня здравоохранения и доступности медицинской помощи за счет удаленного присутствия врача. Вместе с этим, VR/AR-технологий создают новейшие способы коммуникаций, потребительских сервисов и формируют массовые медиа для современного поколения.

В своей простейшей форме виртуальная реальность включает 360-градусные изображения или видео. Достижение эффекта полного погружения в виртуальную реальность до уровня, когда пользователь не может отличить визуализацию от реальной обстановки, является задачей развития технологии.

Средства разработки VR/AR-контента

В дорожной карте технологии виртуальной и дополненной реальности разделены на шесть субтехнологий. Первая из них - это средства разработки VR/AR-контента и технологии совершенствования пользовательского опыта (UX) со стороны разработчика.

Данная субтехнология включает в себя универсальные инструменты разработчиков для комплексного создания решений для VR/AR универсальные среды разработки, библиотеки цифровых активов, цифровые двойники, аватары и форматы представления данных. Уровень готовности данной субтехнологии (TRL) в мире находится на максимальной, девятой отметке, в России он несколько ниже - TRL-8.

Дорожная карта предполагает следующие мероприятия: проведение исследований форматов представления данных в САПР и 3D движках, в том числе динамические; разработка алгоритмов конвертации и сопоставления данных с универсальным форматом; реализация автономного ПО для конвертации и отображения форматов; формирование сообщества разработчиков вокруг универсального формата, учитывая внутренних и внешних разработчиков ПО для государственных корпораций; разработка алгоритмов аналитического представления и обработки данных; реализация модулей интеграции алгоритма в популярные каналы дистрибуции; проведение исследований математической оптимизации аналитического представления данных и их сжатия; разработка автономного программного обеспечения для создания и редактирования данных в аналитическом формате.

Также запланировано проведение исследований лучших практик и научных подходов к формированию UX/UI для универсального и отраслевого применения VR/AR, проведение научных экспериментов и тестов пользовательского опыты для различных направлений применения VR/AR и реализация подробного описания в формате руководства для разработки UX/UI и его совершенствованию пользовательского опыта в VR/AR.

По итогам реализации мероприятий дорожной карты доля форматов инженерной и иной графики, поддерживаемых универсальным конвертером, увеличится с 25% в 2019 г. до 90% в 2024 г. За этот же период процент сжатия графической информации увеличится с 10% до 85-98%, а количество отраслевых стандартов, разработанных UX - с одного до четырех.

Редакторы создания контента и его дистрибуции

Вторая субтехнология - это платформенные решения для пользователей: редакторы создания контента и его дистрибуции. В нее входят универсальные инструменты пользовательского уровня для создания, редактирования и доставки контента в VR/AR, включая библиотеки шаблонов и цифровых объектов, а также специализированные и универсальные маркетплейсы. Уровень готовности данной субтехнологии в мире находится на отметке TRL-7, в России - на отметке TRL-6.

Дорожная карта предполагает следующие мероприятия: разработка существующих и планируемых технических спецификаций наиболее применимых в мире и в России и набирающих популярность систем доставки контента; формирование универсального набора спецификаций и допущений для возможности интеграции; создание автономного ПО для автоматического размещения контента в каналах дистрибуции; организация проектного офиса по развитию международного маркетплейса образовательного VR/AR контента; разработка единых стандартов и методик для образовательных курсов в школах, колледжах, вузах, онлайн и корпоративного образования.

Также запланировано: формирование перечня наиболее частных пользовательских сценариев по результатам исследования предметных областей и анализ возможности их создания на базе библиотеки; формирование топологии необходимых объектов и сцен для большинства пользовательских сценариев для применения в образовании, промышленности. медицине, проектировании и моделировании, развлечениях, пользовательских сервиса и др.; разработка сцен и объектов; интеграции всей библиотеки в единой программной среде конструктора.

По итогам реализации мероприятий дорожной карты процент поддерживаемых устройств с системой доставки контента увеличится с 30% в 2019 г. до 80% в 2024 г. За этот же период количество интеграций с существующими графическими движками системы доставки контента увеличится с одной до девяти, а количество сцен (библиотек) и объектов в системе создания контента (конструктор). - с 1 тыс. и 20 тыс.

Технологии захвата движения в VR/AR

Третья субтехнология - это технологии захвата движения в VR/AR и фотограмметрии. В нее входят устройства отслеживания, определяющие ориентацию точки взгляда пользователя либо нахождения пользователя, направления его движения и его скорость. Уровень готовности технологий в мире находится на максимальной, девяткой отметке. В России данная развитие данной субтехнологии отстает и находится на отметке TRL-9.

Дорожная карта предполагает следующие мероприятия: создание автономной универсальной системы трекинга, включая SDK для интеграции; разработка алгоритмов и модулей ПО для распознавания 3D-объектов в реальном времени и высокоточным позиционированием; формирование подробной технической спецификации с требованиями для отраслевого применения систем трекинга; создание специализированных для промышленности и здравоохранения систем трекинга; привлечение практикующих врачей для оказания консультационной поддержки по созданию специализированного медицинского VR контента на базе платформы медицинских проектов с применением AR/VR технологий.

Кроме того, запланировано субсидирование международных пилотных проектов и международных клинических исследований и лидирующих реабилитационных центрах-клиниках США и ЕС на базе технологий дорожной карты, развитие специальных программ поддержки сертификации медицинских изделий на рынках ЕС, США, Китая, Южной Кореи, Японии с субсидированием сертификационных мероприятий, организация проектного офиса по международным медицинским проектам с применением AR/VR технологий, создание тестированных лабораторий для верификации методик и технологий по медицине и в промышленности и создание корпоративных центров исследований и компетенций при передовых промышленных, строительных и других компаниях совместно с ведущими российскими университетами.

По итогам реализации мероприятий дорожной карты точность позиционирования универсальной системы требника в реальном времени при задержке 10 мс на автономном модуле увеличится с 4 мм в 2019 г до менее чем 0,5 мм в 2024 г. За этот же период количество специализированных систем трекинга увеличится с одной до пяти. Также будет полностью разработан стандарт SDK универсальной инфраструктуры позиционного трекинга (сейчас он готов лишь на 10%).

Интерфейсы обратной связи и сенсоры для VR/AR

Четвертая субтехнология - это интерфейсы обратной связи и сенсоры для VR/AR. Данная субтехнология состоит из средств взаимодействия пользователя с виртуальным миром, передающие реакцию обратно к пользователю через устройства вывода в режиме реального времени. В мире уровень технологической готовности находится на отметке TRL-7, в России - TRL-6.

Дорожная карта предполагает следующие мероприятия: разработка прототипа системы обратной связи - миостимуляции со сбором биометрических данных - вместе с тестированием системы и формированием оптимальных параметров конфигурации для симуляции обратной связи; разработка типовых конфигураций для различных симуляторов на базе силовых элементов; разработка драйверов и SDK для управления системой в рамках симуляций. проведение исследований относительно симуляции органов чувств человека, выявление наиболее перспективных; реализация принципиально новых способов симуляций органов чувств(например, вкус, запах, проприоцепция, вестибулярный и др.) на уровне работающих прототипов.

Сейчас принцип системы обратной связи в данной субтехнологии реализуется путем виброотдачи без биометрических данных. По итогам реализации мероприятий дорожной карты к 2021 г. он будет реализован за счет миостимуляции без сбора биометрических данных, к 2024 г. за счет миостимуляции со сбором биометрических данных.

Количество степеней свободы универсальной платформы обратной связи сейчас составляет 3D, к 2021 г. оно увеличится до 5D, к 2024 г. увеличится до 6D. Количество органов чувств, симулируемых в VR/AR, увеличится с трех в 2019 г. до до пяти в 2024 г.

Технология графического вывода

Следующая субтехнология - это технологии графического вывода. Она состоит из периферийных устройств (очков, шлемов) и низкоуровневого ПО, преобразующего результаты обработки цифровых машинных кодов в форму, удобную для восприятия человеком или пригодную для воздействия на исполнительные органы объекта управления. В мире уровень готовности соответствующих технологий находится на максимальной, девятой отметке. В России он отстает и находится на отметке TRL-7.

Дорожная карта предполагает следующие мероприятия: разработка оптической системы создания гарнитуры с высоким разрешением; разработка программно-аппаратного комплекса, оптимизирующего процесс рендеринга для высокого разрешения; адаптация системы для работы в экосистеме Linux (Astra Linux); создание пилотного проекта на базе гибрида варифокальной системы и системы с высоким разрешением; разработка моделей на базе гибрида строгой логики и нейросетей при формировании графических эффектов и реакций объектов, материалов, освещений; разработка моделей на базе гибрида строгой логики и нейросетей при формировании физических эффектов и реакций объектов, материалов, освещений; разработка прототип системы трекинга взгляда и проведение ее тестирования.

По итогам дорожной карты разрешение VR/AR-гарнитуры увеличится с 2019 г. - 615 пикселей на дюйм до 3 тыс. пикселей на дюйм. В настоящее время в данной субтехнологии используется монофокальная система визуализации. К 2021 г. появится прототип вариофокальной системы визуализации, а к 2024 г. заработает рабочая версия варифокальной системы визуализации.

Уровень окружения в настоящее время является линейным. К 2021 г. будет доступно интеллектуальное графическое окружение, к, 2024 г - интеллектуальное графическое и физическое окружение. Точность измерений окулографа при частоте 1 тыс. Гц при задержке 1 мс и при энергопотреблении 50 мв с 10 угловых минут в 2019 г. до 2 угловых минут в 2024 г.

Технология оптимизации передачи данных

Заключительная субтехнология - это технологии оптимизации передачи данных для VR/AR. Она состоит из совокупности средств, методов и способов, служащих для передачи информации. Уровень готовности соответствующих технологий в мире находится на максимальной, девятой отметке. В России уровень готовности технологий значительно отстает и находится лишь на отметке TRL-5.

Дорожная карта предполагает разработку оптимизированного протокола передачи данных для VR AR специфичных задач, тестирование протокола на базе сетей Wi-Fi, сетей 4G и 5G, разработка ПО - SDK для интеграции протокола в существующие системы, пилотные интеграция в AR- и VR-гарнитуры.

В России по результатам реализации мероприятий дорожной карты эхотест при проверке качества передачи данных при канале 50 Мбит/с снизится с 50-100 мс в 2019 г. до 20 мс в 2024 г. через сети Wi-Fi и 5G.

Применение VR/AR в корпоративной среде, образовании и здравоохранении

Применением VR/AR-технологий даст широкую отдачу в различных секторах экономики, считают авторы дорожной карты. В промышленности данные технологии позволят сформировать универсальные мировые стандарты для строительной и нефтегазовой отрасли, машиностроения и добавления промышленности и др. При этом могут быть достигнуты следующие результаты: сокращение затрат на обслуживание оборудования, сокращение числа ошибок и простоев до 30%; увеличение эффективности работы с инженерными 3D-моделями, автоматическая конвертация САПР моделей в VR/AR, сокращение срока проектирования на 30-50%, сокращение срока согласования и строительства объектов на 7-30%.

В образовательном сегменте внедрение соответствующих технологии в части создания доступных инструментов для пользователей и дополнения интерактивным визуальным VR/AR-контентом может привести к повышению эффективности онлайн обучения, обеспечению непрерывного профессионального образования и обеспечению доступности качественного образования в регионах. При развитии маркетплейса образовательных проектов возможно достижение российскими разработчиками 15% мирового рынка VR-образования.

В корпоративной сфере применение VR/AR-технологий способно обеспечить создание эффективной системы корпоративного обучения, внедрение тактических симуляторов с VR-технологиями для отработки навыков работы с оборудованием, в том числе обслуживания и управления сложными аппаратами, а также отработки навыков при охране труда и промышленной безопасности.

В сфере здравоохранения Россия может войти в международную повестку с прорывными системами реабилитации пациентов с повреждениями опорно-двигательного аппарата, восстановления после инсульта, борьбы с фобиями и высокоточной диагностики глазных заболеваний. При этом возможно достигнуть снижения числа инвалидов среди работоспособного населения на 7% при реабилитации с помощью VR/AR.

Специализированное обучение врачей, обеспечение непрерывного медицинского образования и система удаленного присутствия врача, например, хирурга на операции, позволит уменьшить число врачебных ошибок на 50-80% у прошедших обучение с применением технологий VR/AR. Таким образом, VR/AR будет способствовать повышению качества медицинского обслуживания, в том числе в отдаленных регионах страны, и обеспечению максимальной работоспособности населения.

Развитие направления пользовательского применения VR/AR позволит сформировать сервисы для социально важных сфер, например, работы с инвалидами (навигация с дополненной реальностью для слабовидящих), развитие культурной составляющей (навигации и экскурсии по городам, музеям). В результате, это будет способствовать повышению имиджа России как туристическо-привлекательной страны, увеличению посещаемости объектов культуры с привлечением молодежной аудитории.

Перспективы и риски для России

В результате Россия в перспективе четырех-пяти лет имеет потенциал стать заметным игроком на международной рынке VR/AR-решений и занять более 15% мирового рынка VR/AR-технологий. Как минимум три российские компании к 2024 г. смогут занять 30% одного из приоритетных регионов. Как максимум, российские технологии будут задавать отраслевые стандарты в мире, особенно в направлениях промышленности, медицины и образования.

Развитие VR/AR технологий окажет также влияние на место России в международных рейтингах цифровизации и на повышение итоговой позиции страны: на 56,8% позиции в Глобальном индексе инноваций рейтинга Индекса глобальной конкурентоспособности, на 8,1% позиции в Индексе человеческого капитала, на 74,3% позиции в Индексе инновационного развития Bloomberg и на одну-две ступени в Индексе цифровой конкурентоспособности.

К числу рисков для развития VR/AR-технологий относятся возможные проблемы с привлечением финансирования на развитие технологических проектов в связи с долгими выходом на рынок: темп роста составляет менее 10 раз в год, то есть не относится к венчурной модели роста. Другими рисками являются: закрытость внутренний сетей связи на промышленных предприятиях по нормативам безопасности; долгий процесс согласования пилотных проектов для внедрения в государственных корпорациях и промышленных предприятия; нехватка VR/AR контента в потребительских и профильных сферах; отсутствие производимых в России матриц и оптических систем (волноводов), достаточных для создания VR/AR-устройств российского производства; отсутствие отечественных отраслевых стандартов систем проектирования (САПР) и универсальных VR/AR-устройств.

Сколько нужно средств на развитие VR/AR в России

На реализацию заложенных в дорожную карту мероприятий до 2024 г. потребуется 54,18 млрд руб. Предполагается, что из этой суммы федеральный бюджет выделит 29,68 млрд руб., из внебюджетных источников будет взято 24,5 млрд руб.

Из субтехнологий больше всего потребуется на развитие технологий графического вывода - 17,73 млрд руб. Из этой суммы федеральному бюджету предлагается выделить 9,23 млрд руб., внебюджетных - 8,5 млрд руб.

На развитие технологий захвата движений к VR/AR и фотограмметрии потребуется 15,4 млрд руб. В том числе федеральному бюджету предлагается выделить 8,5 млрд руб, внебюджетным источникам - 6,9 млрд руб.

На развитие средств разработки VR/AR-контента потребуется 6,77 млрд руб. Из этой суммы федеральному бюджету предлагается выделить 3,77 млрд руб, внебюджетным источникам - 3 млрд руб.

На развитие платформенных решений для пользователей потребуется 6,15 млрд руб., в том числе 3,64 млрд руб нужно будет выделить федеральному бюджету, 2,5 млрд руб. - внебюджетным источникам.

На развитие интерфейсов обратной связи сенсоров для VR/AR потребуется 4,62 млрд руб., в том числе федеральному бюджету предлагается выделить 2,62 млрд руб., внебюджетным источникам - 2 млрд руб.

Наконец, на развитие технологий оптимизации передачи данных для VR/AR потребуется 3,52 млрд руб., из которых федеральному бюджету нужно будет выделить 1,92 млрд руб., внебюджетным источникам - 1,6 млрд руб.

При разделении затрат по типу мероприятий больше всего средств потребуется на поддержку проектов по цифровому преобразованию приоритетных отраслей экономики - 12,3 млрд руб. (из них федеральный бюджет выделит 8,6 млрд руб., внебюджетные источники - 3,7 млрд руб.). На поддержку программы деятельности лидирующих инновационных центров (ЛИЦ) нужно 10,4 млрд руб. (федеральный бюджет - 5 млрд руб., внебюджетные источники - 5,4 млрд руб.).

На поддержку компаний-лидеров предлагается направить 10,18 млрд руб. (5,18 млрд руб. из федерального бюджета, 5 млрд руб. - из внебюджетных источников), на поддержку региональных проектов - 5,63 млрд руб. (из них 2 млрд руб. даст федеральный бюджет, 3,63 млрд руб. - внебюджетные источники), на предоставление субсидий кредитным организациями - 5,17 млрд руб. (1 млрд руб. из федерального бюджета, 4,17 млрд руб. из внебюджетных источников), на поддержку промышленных разработок - 700 млн руб. (полностью из федерального бюджета).