Proč rozlišovat AR, VR a MR
Rozšířená realita (AR), virtuální realita (VR) a smíšená realita (MR) představují spektrum technologií, které kombinují digitální obsah s fyzickým světem v různé míře. Správné rozlišení je klíčové pro výběr vhodného hardware, návrh interakčních vzorů, optimalizaci výkonu i hodnocení uživatelského přínosu. Tento článek systematicky srovnává AR, VR a MR z pohledu definic, architektury, sledování (tracking), vykreslování, UX principů, metrik a praktických use-casů.
Terminologie a Milgramovo kontinuum
Milgramovo kontinuum „Reality–Virtuality“ popisuje hladký přechod od fyzické reality přes různé stupně augmentace až po plně virtuální prostředí:
- AR (Augmented Reality): digitální vrstvy překrývají reálný svět, který zůstává primárním referenčním rámcem.
- MR (Mixed Reality): digitální objekty koexistují s fyzickými a vzájemně se ovlivňují – např. virtuální objekt je zakrýván reálným (occlusion), reaguje na plochy, světlo a fyziku.
- VR (Virtual Reality): kompletně syntetické prostředí, které nahrazuje všechny smyslové vstupy (typicky vizuální a auditivní) a izoluje uživatele od reality.
Stručné srovnání technologií
| Dimenze | AR | MR | VR |
|---|---|---|---|
| Vizualizace | Překryv na reálném obraze | Koexistence a interakce s realitou | Plně syntetický svět |
| Hardware | Mobil, see-through brýle | Pokročilé see-through HMD | VR HMD s uzavřeným zorníkem |
| Tracking | SLAM/marker, odometrie | 6DoF + porozumění scéně (meshing, occlusion) | 6DoF uvnitř virtuálního prostoru |
| Interakce | Dotek, gesta, pohled | Ruce, gesta, prostorová UI, haptika | Kontrolery, ruce, haptika, locomotion |
| Hlavní rizika | Stabilita registrace, bezpečnost okolí | Kalibrace, occlusion, výkon | Cybersickness, izolace |
Hardware: optika, senzory a výpočet
- AR / MR see-through HMD: waveguide či prism optika, transparentní displeje, kamery pro inside-out tracking, hloubkové senzory (ToF/structured light), IMU. MR navíc vyžaduje kvalitní passthrough nebo přesné porozumění scéně pro okultaci a kolize.
- VR HMD: neprůhledná optika, vysoko-refresh displeje (90–120+ Hz), foveated rendering (s eye-trackingem), přesné 6DoF sledování a kontrolery s haptikou.
- Mobilní AR: RGB kamera, IMU, ARKit/ARCore; výpočetní omezení kompenzují techniky jako depth estimation z monokulární kamery a plane detection.
Prostorové sledování (Tracking) a registrace
- 6DoF pozice a orientace: fúze IMU a vizuálních markerů/feature map (VIO/SLAM).
- Mapování prostředí: detekce ploch (podlaha, stůl), meshing a scene understanding pro MR (kolize, navázání stínů, okultace).
- Hand/eye tracking: rozpoznání rukou a prstů pro přirozenou interakci; v MR/VR eye-tracking pro foveated rendering a intention detection.
- Kalibrace a drift: relokalizace vůči perzistentním mapám, sdílení kotvení (anchors) v multi-user scénářích.
Rendering a světelná integrace
- AR: stabilní registrace s reálnou kamerou, odhad osvětlení (ambient intensity, barevná teplota), stíny a shadow catcher.
- MR: korektní okultace (depth mask), fyzikální světlo (IBL), kolize s reálnými povrchy, prostorový zvuk zohledňující akustiku místnosti.
- VR: vysoké FPS (90+), nízká latence pohybu-k-fotonu, reprojekce (asynchronous timewarp), foveated rendering a LOD optimalizace.
Interakční paradigmy
- AR: „world as canvas“ – klepnutí na povrchy, gesto pinch, pohledové kurzory, hlasové příkazy; minimalizace zakrývání reálného světa.
- MR: přirozená manipulace (uchop/umísti), near-field a far-field interakce, prostorové menu, kontextové gizma; haptická zpětná vazba (vibrační, ultrazvuková, rukavice).
- VR: kontrolery/ruce, teleport/chůze v místnosti, „grab and throw“, diegetické UI a spatial affordances.
UX principy a ergonomie
- Komfort a cybersickness: stabilní horizont, konzistentní akcelerace, vyhnout se umělé rotaci; v AR/MR respektovat uživatelovu pozornost na reálné úkoly.
- Čitelnost a kontrast: u see-through displejů vyšší důraz na typografii a antialiasing; adaptivní jas vůči okolnímu světlu.
- Bezpečnost: guardian zóny ve VR, varování u okrajů zorného pole v AR/MR; respekt k okolí a lidem („passthrough on demand“).
- Přístupnost: alternativy k gestům, titulky, hlasové ovládání, barevné profily, sezení vs. stání.
Výkonnostní metriky a cíle
- Latency: VR < 20 ms „motion-to-photon“, MR/AR minimalizace „tracking-to-overlay“ driftu.
- FPS: VR 90–120 Hz, MR 60–90 Hz; konzistence preferovaná před výkyvy.
- Stabilita registrace: chyba v úhlových minutách a posunu (px/cm) při rychlé relokalizaci.
- Výdrž: energetická účinnost (mobil/standalone), termální throttling a správa zdrojů.
Datové modely a perzistence
- AR kotvy (anchors): pevné navázání virtuálních objektů na skutečné referenční body; sdílení pro multi-user.
- MR scény: perzistentní meshes, sémantické labely (stůl, stěna, podlaha), prostorové mapy pro occlusion a fyziku.
- VR světy: kompletně syntetické scény s deterministickou fyzikou a streamovanými aktivy (LOD, occlusion culling).
Typické use-casy
- AR: navigace v prostoru (wayfinding), produktové vizualizace (retail), servisní návody nad reálným zařízením, marketingové filtry.
- MR: průmyslové instrukce, vzdálená asistence s přesnou registrací, kolaborativní 3D návrh, školení s fyzikální interakcí.
- VR: simulace a trénink (letectví, medicína), pohlcující vzdělávání, virtuální spolupráce, hry a zážitky.
Bezpečnost, soukromí a etika
- Senzorická data: kamery a hloubkové snímače zachycují citlivé prostory a osoby; nutné jsou on-device zpracování, anonymizace a řízení přístupu.
- Prostorová data: mapy interiérů, trajektorie pohybu, biometrie očí/ruce – jasné zásady uchování a výmazu.
- Ergonomie a zdraví: omezení doby užití, přestávky, upozornění na překážky; ve VR prevence ztráty rovnováhy.
Vývojové nástroje a standardy
- Enginy: Unity, Unreal – multiplatformní AR/MR/VR s pluginy pro tracking a hand/eye.
- API a frameworky: ARKit/ARCore (AR), rozšířené MR SDK pro occlusion/meshing/hand-tracking, OpenXR jako sjednocující vrstva napříč HMD.
- Formáty aktiv: glTF/GLB pro 3D, USD/USDC pro komplexní scény a variace; PBR materiály a IBL.
Návrhové vzory pro prostorová UI
- Prostorová hierarchie: elementy zarovnejte k reálným plochám; v MR respektujte sémantiku objektů.
- Diegetické prvky: UI „v rámci světa“ (štítky, hologramy) namísto 2D panelů – s výjimkou diagnostiky a vývoje.
- Focus a výběr: pohled + gesto, kurzor navázaný na hloubku, zvýraznění affordancí, hmatová odezva při selekci.
- Occlusion-aware kompozice: UI by mělo být čitelné i při částečném zakrytí; adaptivní repositioning.
Testování a hodnocení
- Uživatelské studie: míra úspěšnosti úkolů, čas, chybovost, subjektivní komfort (SSQ), přítomnost/immersivita.
- Technické metriky: FPS/latence, stabilita kotvení, přesnost hand/eye-trackingu, re-lokalizační čas.
- Provozní metriky: doba nasazení, spolehlivost v různých světelných podmínkách, výdrž baterie.
Ekonomika nasazení
- TCO: cena HMD, licence SW, integrace s backendy, správa zařízení (MDM), školení uživatelů.
- ROI: úspora času (instruktáž, servis), snížení chyb, zlepšení konverzí (retail), nové zážitky (marketing).
- Škálování: flotily zařízení, vzdálená distribuce buildů, telemetrie a aktualizace map/scén.
Budoucí trendy
- Foveated a neurální rendering: agresivní redukce pixelů mimo foveu, generativní upscaling.
- Snímání prostředí: rychlejší a přesnější meshing, sémantické porozumění, perzistentní „digitální dvojčata“.
- Lehčí optika: pokročilé waveguidy, vari-fokální displeje, delší výdrž.
- Standardizace: hlubší adopce OpenXR a interoperabilních formátů (USD, glTF) napříč AR/MR/VR.
Praktické doporučení pro výběr technologie
- Vyjasněte cíl: potřebujete kontext reálného světa (AR/MR) nebo plnou imerzi (VR)?
- Prostor a bezpečnost: VR vyžaduje chráněný prostor; AR/MR preferují volné ruce a viditelnost okolí.
- Interakce a přesnost: pro jemnou manipulaci s reálnými objekty volte MR; pro školicí simulace VR; pro marketing a navigaci AR.
- Výkon a mobilita: mobilní AR pro dostupnost, MR/VR standalone pro flexibilitu, tethered řešení pro špičkový výkon.
Závěr
AR, MR a VR netvoří konkurenční, ale komplementární spektrum. AR přidává informaci ke skutečnému světu, MR ji s realitou integruje a umožňuje obousměrnou interakci, zatímco VR poskytuje plně řízené, pohlcující prostředí. Volba technologie by měla vycházet z úkolu, prostředí, požadavků na interakci a výkonu i z ekonomiky nasazení. Při dodržení principů sledování, vykreslování, ergonomie a bezpečnosti lze pro každý scénář dosáhnout vysoké užitné hodnoty.
