Lisätty todellisuus () viittaa näkymään, johon on lisätty tietokonegrafiikalla tuotettuja elementtejä ja jota käyttäjä tarkastelee läpikatseltavien (see-through) näyttöjen kautta. Se on siis järjestelmä, jossa keinotekoista, tietokoneella tuotettua tietoa (kuva, ääni, video, teksti, GPS-informaatio) on lisätty näkymään todellisesta ympäristöstä.
Tunnettu esimerkki lisätystä todellisuudesta on Pokémon GO -peli, joka luo pääasiassa lisättyä todellisuutta oikean maailman kartalle, mutta tarjoaa pelaajille myös mahdollisuuden nähdä virtuaalista sisältöä mobiililaitteen kamerakuvan kautta.
Laajennettu todellisuus on kattotermi, joka sisältää lisätyn todellisuuden.
Määritelmä thumb|500px|Schnabelin jatkumo thumb|500px|Milgramin jatkumo
Yhdysvalloissa asuva Ronald Azuma määritteli vuonna 1997 lisätyn todellisuuden seuraavasti: Yhdistää todelliset ja virtuaaliset objektit todellisessa ympäristössä Toimii interaktiivisesti ja reaaliaikaisesti Kohdistaa todelliset ja virtuaaliset objektit toistensa kanssa
Lisätty todellisuus liittyy jatkumoon, jossa on liukuva jatkumo kevyesti lisätystä todellisuudesta kohti täydellisempää immersiota virtuaalitodellisuuteen. Tehostettu todellisuus (mixed reality) on jatkumolla yhdistelmä lisättyä todellisuutta ja virtuaalitodellisuutta.
Historia ja kehitysvaiheet 1957–1962: Elokuvien tekijä Morton Heilig keksi ja patentoi Sensoraman, laitteen joka yhdistää kuvaa, ääntä, tärinää ja tuoksuja. 1966: Ivan Sutherland keksi silmikkonäytön – ”ikkuna virtuaalimaailmaan”. 1975: Myron Krueger kehitti Videoplacen, joka mahdollistaa käyttäjän vuorovaikutuksen virtuaalisten esineiden kanssa. 1989: Jaron Lanier lanseerasi käsitteen virtuaalitodellisuus ja luo ensimmäisen virtuaalimaailmoihin keskittyneen kaupallisen yrityksen. 1990: Tom Caudell lanserasi ”lisätyn todellisuuden” käsitteen työskennellessään Boeingilla. 1992: L.B. Rosenberg kehitti yhden ensimmäisistä lisätyn todellisuuden järjestelmistä Yhdysvaltain ilmavoimien tutkimuslaboratoriossa ja demonstroi sen hyödyllisyyttä ihmisen toimintakyvylle. 1992: Steven Feiner, Blair MacIntyre ja Doree Seligmann kirjoittivat ensimmäisen merkittävän tutkimuksen virtuaalisen todellisuuden järjestelmän prototyypistä (KARMA) Graphics Interface- konferenssissa. Laajasti viitattu artikkeli julkaistaan vuonna 1993. Wellner, P., Mackay, W. and Gold, R. (Editors), (July 1993) Computer Augmented Environments: Back to the Real World. Special Issue of Communications of the ACM, July, Vol. 36, No. 7, p 24-26. 1993: Loral WDL suoritti ensimmäisen demonstraation joka yhdistää AR-ohjatut ajoneuvot ja ihmisten käyttämät simulaattorit. (Unpublished paper, J. Barrilleaux, ”Experiences and Observations in Applying Augmented Reality to Live Training”, 1999.) 1994: Julie Martin loi ensimmäisen AR-teatteriproduktion, Australia Council for the Artsin rahoittaman esityksen Dancing In Cyberspace, joka esittää tanssijoiden ja akrobaattien ohjaamia, ihmisen kokoisia virtuaalisia objekteja reaaliajassa, heijastettuna samalle näyttämölle. Akrobaatit sekoittuvat virtuaaliseen ympäristöön. Installaatio käyttää Silicon Graphicsin tietokoneita ja Polhemus- järjestelmää. 1994: Paul Milgram määritteli virtuaalisen jatkumon. Lisätty todellisuus on sijoittuu tässä jatkumossa laajennetun todellisuuden alakäsitteen alle. 1997: Ronald Azuma julkaisi lisätyn todellisuuden kentän määrittelevän tutkimusraportin. 2000: Bruce H. Thomas kehitti ARQuaken, ensimmäisen lisätyn todellisuuden ulkoilmapelin. Tämä esitellään International Symposium on Wearable Computers -konferenssissa. 2002: Steven Feinero esitteli tutkimuksen ”Augmented Reality: A New Way of Seeing: Computer scientists are developing systems that can enhance and enrich a user's view of the world”. Scientific American, April 2002. 2005: Ensimmäinen kameralaitteisto, joka kykeni analysoimaan fyysisen ympäristön reaaliajassa ja suhteuttamaan reaalisen tilan ja virtuaaliobjektit toisiinsa. Tämä toimii myöhempien todellisia ympäristöjä ja virtuaalisia objekteja yhdistävien lisätyn todellisuuden järjestelmien pohjana. 2005: Daniel Palanker, Alexander Vankov ja Phil Huie kehittivät "bionisen silmän". 2007: Ensimmäiset lääketieteelliset sovellukset, muun muassa MS-potilaiden tasapainoa visuaalisin signaalein parantava järjestelmä. 2008: Wikitude AR Travel Guide julkaistiin Android-puhelimille. 2009: Saqoshan kehittämä FLARToolkit käännettiin Adobe Flash -ympäristöön, tuoden näin lisätyn todellisuuden työkalut verkkoselaimille.
Teknologia
Laitteisto
Näytöt Lisätyn todellisuuden näyttöteknologiat voidaan jakaa kolmeen kategoriaan: päässä pidettävä (head worn) kädessä pidettävä (handheld) projisoitava (projective)
Päässä pidettävät näytöt Päässä pidettävät näytöt voidaan jakaa kahteen luokkaan, optisiin näyttöihin ja videonäyttöihin. Optisissa näytöissä käyttäjä näkee todellisuuden läpinäkyvän pinnan läpi ja virtuaalinen informaatio liitetään tähän pintaan. Videonäytöissä todellisuus kuvataan päässä pidettävän kameran läpi ja tämä informaatio liitetään virtuaaliseen informaatioon ennen sen esittämistä käyttäjälle näytön kautta.
Molemmilla näyttötekniikoilla on omat hyvät ja huonot puolensa. Optinen näyttö on selkeästi parempi esittämään kuvaa reaalimaailmasta, koska tätä kuvaa ei ole tarpeen käsitellä mitenkään tai esittää näytöstä, jonka erottelukyky ei vastaa silmän erottelukykyä. Optinen näyttö myös säilyttää silmien syvyysvaikutelman muuttumattomana, kun taas videonäytöissä syvyysvaikutelma on toteutettava stereonäyttöjen avulla. Stereonäytöissä molemmille silmille on oma näyttö sekä oma kamera, jotka kuvaavat todellisuutta samoilta paikoilta kuin silmät luoden syvyysvaikutelman.
Optinen näyttö on huonompi todellisuuden ja virtuaalisen informaation yhdistämisessä uskottavasti, koska virtuaalista informaatiota ei saada esitettyä niin, että se peittäisi kokonaan todellisen näkymän. Tällöin seurauksena voi olla haamukuvamainen vaikutelma, joka voi haitata informaation havaittavuutta.
Optisten näyttöjen toinen ongelma on niiden jokaiselle käyttäjälle erikseen tehtävä aikaa vievä kalibrointi. Kalibrointia tarvitaan, jotta virtuaalinen informaatio saadaan kohdistettua tarkasti todelliseen näkymään. Käytännössä optiset näytöt täytyy kalibroida joka kerta, kun ne otetaan pois ja laitetaan takaisin päähän tai kun näytön etäisyys käyttäjän silmistä muuttuu.
Optisten ja virtuaalisten näyttöjen lisäksi eräs kehitysasteella oleva teknologia on virtuaalinen verkkokalvonäyttö (virtual retinal display) Pryor, Furness & Viirre 1998 http://www.hitl.washington.edu/publications/r-98-21/r-98-21.pdf. Tekniikka perustuu matalatehoiseen laseriin, jolla piirretään kuva suoraan käyttäjän verkkokalvolle. Tulevaisuudessa saattaa myös olla mahdollista hankkia silmään verkkokalvolle asennettava implantti, johon virtuaalinen informaatio voidaan välittää suoraan.
Kädessä pidettävät näytöt Kädessä pidettävä näyttö voi olla esimerkiksi kannettava tietokone tai matkapuhelin varustettuna kameralla, jolloin laitteen näytöllä esitetään kameran kautta kuvattu ympäristö täydennettynä lisätyn todellisuuden informaatiolla. Kannettavien tietokoneiden heikkoutena on niiden kalleus, melko suuri koko ja lyhyt käyttöaika suuren virrankulutuksen vuoksi, matkapuhelimissa puolestaan pienet näytöt sekä tehoiltaan vaatimattomat prosessorit. Matkapuhelinten ja kämmentietokoneiden ominaisuuksien kehittyessä ja hintojen laskiessa nopeasti niistä on tullut houkuttelevia vaihtoehtoja lisätyn todellisuuden näyttölaitteiksi. Lähes kaikissa matkapuhelimissa on kamera sekä muita lisätyn todellisuuden mahdollistavia teknologioita, kuten kompassi ja GPS.
Vaikka vaikuttaisikin siltä, että matkapuhelinten pienet näytöt olisivat huonoja lisätyn todellisuuden informaation esittämiseen, Hwangin ja kumppaneiden 2006 tekemässä tutkimuksessa Hwang, Jung & Kim 2006 todetaan, että käyttäjän saadessa liikuttaa ruutua vapaasti luo se uppoutumisen elämyksen, joka on verrattavissa näkymään suuremmalla näytöllä.
Suomessa merkittäviä tutkimuksia aiheesta ovat Nokian MARA sekä VTT:n lisätty todellisuus- työryhmän tutkimukset.MARA 2010, VTT 2010
Projektionäytöt Nykyisin videoprojektori ei ole enää keskikokoista matkapuhelinta suurempi, ja tämän vuoksi kiinnostus kannettavia videoprojektoreja kohtaan lisätyn todellisuuden näyttölaitteina on lisääntynyt. Massachusetts Institute on Technologyssa (MIT) on kehitetty SixthSense- järjestelmä, joka hyödyntää kannettavaa projektoria virtuaalisen informaation heijastamiseen mille pinnalle tahansa, esimerkiksi sanomalehden pinnalle. SixthSense 2010.
Projektoreita on aiemmin tutkittu käytettäväksi mm. lääketieteellisissä sovelluksissa, koska leikaussalissa lisätty todellisuus olisi helpompaa toteuttaa paikallaan olevalla projektorilla kuin tarkkaa kalibrointia ja reaaliaikaista seurantaa vaativalla päässä pidettävällä näytöllä. Tardif, Roy & Meunier 2003.
Seuranta (tracking) Yksi lisätyn todellisuuden yleistymistä rajoittava ongelma on todellisuuden ja virtuaalisen informaation kohdistaminen. Todellisen ja virtuaalisen informaation täytyy olla tarkasti toisiinsa kohdistettua, jotta informaation yhtenäisyyden illuusio ei hajoaisi. Kohdistusongelman ratkaisuun voidaan käyttää useita seurantamenetelmiä Rolland, Baillot & Goon 2001. Useita menetelmiä vaaditaan, koska yksi menetelmä voi toimia hyvin jossain tilanteessa, mutta pettää täysin toisessa tilanteessa. Esimerkiksi GPS voi toimia hyvin ulkotiloissa mutta menettää sisätiloissa välttämättömän yhteyden GPS- satelliitteihin. Usein käytetäänkin usean eri menetelmän yhdistelmää, jotta varmistetaan luotettavin ja tarkin seuranta sekä kohdistus. Näitä menetelmiä ovat mm. kiihtyvyysanturit, gyroskoopit, ultraääni, magneettikentät, GPS- seuranta sekä optinen seuranta.
Vuorovaikutus Jotta käyttöliittymät olisivat intuitiivisia ja helppokäyttöisiä, tulee myös käyttäjän vuorovaikutukseen eli interaktioon virtuaalisen tiedon kanssa kehittää mahdollistavaa teknologiaa. Yksinkertaisimmillaan vuorovaikutus toteutetaan tietokoneen näppäimistön ja hiiren avulla, mutta tämä ei ole helppokäyttöisin vuorovaikutusmalli käytettäessä järjestelmää, jota ei välttämättä käytetä pöydän ääressä. Käytettäessä kämmenessä pidettävää näyttöä voidaan hyödyntää esimerkiksi kosketusnäyttöä.
MIT:n SixthSense- järjestelmässä interaktio on toteutettu erivärisillä sormiin asetettavilla seurantamerkeillä. Näiden avulla järjestelmä tunnistaa kameran kuvasta, missä mikäkin merkitsevä sormi sijaitsee, ja tekee päätökset interaktiosta sen perusteella.
Tinmith- järjestelmässä interaktioon käytetään käsineitä, joihin on yhdistetty seurantamerkit sekä käyttäjän sormien painallukset tunnistava laitteisto. Avery, Smith, Piekarsky & Thomas 2008
Tietokone Tietokone analysoi visuaalisen datan ja paikkatiedot ja käyttää näitä tietoja reaalisen näkymän ja lisätyn todellisuuden elementtien mahdollisimman täsmälliseen yhdistämiseen.
Sovellusalueet Lisätyn todellisuuden sovellukset voidaan jaotella useaan eri luokkaan Ronald T. Azuman ja kumppaneiden kirjoittamien artikkeleiden mukaan. Vuonna 1997 Azuma lajitteli artikkelissaan sovellukset kuuteen eri luokkaan käyttötarkoituksen mukaan. Myöhemmässä artikkelissa vuonna 2001 Azuma ja kumppanit lajittelivat lisätyn todellisuuden sovellukset hieman yleisempiin kategorioihin:
kannettaville laitteille suunnatut, yhteistyön mahdollistavat ja kaupalliset sovellukset. On huomioitava myös muita sovellusryhmiä, joista osa on myös mainittu Azuman aiemmassa artikkelissa ja joiden sovittaminen edellä mainittuihin kategorioihin on hankalaa, mutta kyse on kuitenkin hyvin tärkeistä sovellusalueista: lääketiede, asentaminen ja kunnossapito sotilasilma-alukset rakentaminen logistiikka koulutus
Kannettavat laitteet