Розроблення системи доповненої реальності у практичному застосуванні у технічних науках

Abstract

Розвиток технологій доповненої реальності (Augmented Reality, AR) відкрив нові можливості для інтеграції візуальних і цифрових компонентів у процеси технічної освіти, наукових досліджень і промислового моделювання. Сучасні AR-системи дозволяють накладати тривимірні об’єкти на фізичне середовище в режимі реального часу, поєднуючи математичну точність обчислень із наочністю просторових уявлень [1]. Такий підхід створює передумови для більш ефективного сприйняття складних технічних понять, оптимізації навчальних експериментів та інтерактивної візуалізації процесів, що важко реалізувати традиційними методами. Застосування доповненої реальності в технічних науках охоплює низку галузей - від інженерної графіки та механіки до матеріалознавства, архітектурного моделювання й машинного навчання для аналізу просторових структур. Особливої актуальності набуває створення програмних засобів, здатних інтерактивно відтворювати математичні фігури, поверхні, вектори та рівняння у тривимірному просторі, з можливістю зміни параметрів, трансформацій і аналітичних обчислень у реальному часі [2]. Використання таких інструментів дозволяє підвищити ефективність викладання дисциплін, пов’язаних із аналітичною геометрією, диференціальними рівняннями, 3D-моделюванням та візуалізацією даних. Практична значущість розроблення AR-системи полягає у створенні адаптивного середовища, що поєднує методи обчислювальної геометрії, комп’ютерного зору та графічного рендерингу. Вона дозволяє не лише відображати об’єкти, а й виконувати динамічну взаємодію користувача з математичною моделлю - змінювати масштаб, орієнтацію, накладати аналітичні параметри чи виконувати вимірювання геометричних характеристик безпосередньо у просторі. Це забезпечує новий рівень інтерактивності та практичності у вивченні технічних дисциплін, де абстрактні поняття набувають конкретного просторового змісту. Метою дослідження є розроблення системи доповненої реальності для практичного застосування у технічних науках, яка забезпечує генерацію, відображення та інтерактивну взаємодію з математичними фігурами й геометричними моделями. Для досягнення поставленої мети визначено такі основні завдання: – проаналізувати сучасні методи реалізації AR-систем і їх застосування в освітніх і науково-технічних середовищах; – розробити архітектуру програмного комплексу з урахуванням вимог до продуктивності, стабільності та точності відображення; – створити програмні модулі для побудови, трансформації й рендерингу математичних фігур у доповненій реальності; – протестувати систему в умовах навчального використання для оцінки точності, зручності та продуктивності. Об’єктом дослідження є процес інтеграції тривимірних моделей математичних об’єктів у доповнену реальність. Предметом дослідження - методи побудови, візуалізації та взаємодії з 3D-об’єктами у середовищах AR для навчальних і технічних цілей. Наукова новизна полягає у створенні інтерактивної AR-платформи, що забезпечує автоматизовану генерацію математичних фігур на основі параметричних рівнянь із можливістю візуальної модифікації в реальному часі. Отримані результати можуть бути використані у технічних університетах, науково-дослідних лабораторіях та інженерних центрах для підготовки фахівців у галузях, де критично важливе просторове мислення й точна візуалізація об’єктів. Практичне значення роботи визначається розробленням прототипу системи доповненої реальності, який може бути інтегрований у навчальні програми технічних спеціальностей. Запропоновані методи й архітектурні рішення дозволяють використовувати систему як інструмент для демонстрації математичних процесів, симуляції механічних взаємодій і візуалізації даних у тривимірному просторі.