donstuAdvanced Engineering Research (Rostov-on-Don)Advanced Engineering Research (Rostov-on-Don)2687-1653Don State Technical University10.23947/2687-1653-2023-23-2-203-211donstu-2038Research ArticleINFORMATION TECHNOLOGY, COMPUTER SCIENCE AND MANAGEMENTИНФОРМАТИКА, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И УПРАВЛЕНИЕPlacement of Multiple Virtual Objects in Physical Space in Augmented Reality ApplicationsРазмещение нескольких виртуальных объектов в физическом пространстве в приложениях дополненной реальностиhttps://orcid.org/0000-0003-3018-9601АлпатоваМ. В.AlpatovaM. V.

Марианна Валерьевна Алпатова, старший преподаватель кафедры информатики и информационных технологий

 

Marianna V. Alpatova, Senior Lecturer of the Computer Science and Information Technology Department

38, Bolshaya Semyonovskaya St., Moscow, 107023, RF

m.v.alpatova@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7886-0455РудякЮ. В.RudyakYu. V.

Юрий Владимирович Рудяк, доктор физико-математических наук, профессор кафедры информатики и информационных технологий

107023 г. Москва, ул. Большая Семеновская, д. 38

Yuri V. Rudyak, Dr.Sci. (Phys.-Math.), Professor of the Computer Science and Information Technology Department

38, Bolshaya Semyonovskaya St., Moscow, 107023, RF

rudyak@mail.ruМосковский политехнический университетРоссияMoscow Polytechnic UniversityRussian Federation202314072023232203211Copyright © Alpatova M.V., Rudyak Y.V., 20232023Алпатова М.В., Рудяк Ю.В.Alpatova M.V., Rudyak Y.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vestnik-donstu.ru/jour/article/view/2038Introduction

Introduction. The challenges of placing virtual objects in a real-world environment limit the potential of augmented reality (AR) technology. This situation identifies a gap in scientific knowledge that requires additional research. Therefore, the main task of this study was to develop a method for optimal placement of virtual objects, in which the objective function of comfort was minimized. This approach is aimed at improving AR systems and developing the corresponding theory.

Materials and Methods

Materials and Methods. The conducted research was based on the analysis of the placement of virtual objects in AR/VR applications with particular emphasis on optimization. The concept of comfort of placement was proposed, taking into account the size of the object and the distance to the boundaries of free space in X, Y, Z coordinates.

Results

Results. As part of the study, formulas were obtained for the optimal placement of objects with an arbitrary comfort function. The basic criterion was to minimize the difference between comfort levels from different sides of the object. It was found that a successful placement of objects required taking into account their size and comfort zones, as well as solving a system of n linear equations.

Discussion and Conclusion. The results obtained make an important contribution to the study of the problem of placing virtual objects in AR/VR/MR. They open up new opportunities for improving user interaction and conducting further research in the field of spatial computing. Possible directions for further development are dynamic adjustments and integration of the results into various XR scenarios.

Введение

Введение. Проблемы, связанные с размещением виртуальных объектов в реальной среде, существенно ограничивают возможности технологии дополненной реальности (AR). Такая ситуация выявляет пробел в научных знаниях, требующий дополнительного исследования. Поэтому основной задачей данного исследования явилась разработка метода оптимального размещения виртуальных объектов, при котором происходит минимизация целевой функции комфортности. Такой подход направлен на усовершенствование систем AR и развитие соответствующей теории.

Материалы и методы

Материалы и методы. Проведенное исследование основывается на анализе размещения виртуальных объектов в AR/VR приложениях с особым акцентом на оптимизацию. Было предложено понятие комфортности размещения, учитывающее размеры объекта и расстояния до границ свободного пространства по координатам X, Y, Z.

Результаты исследования

Результаты исследования. В рамках исследования были получены формулы для оптимального размещения объектов с произвольной функцией комфортности. Основным критерием является минимизация разницы между уровнями комфортности с разных сторон объекта. Было выявлено, что успешное размещение объектов требует учета их размеров и зон комфортности, а также решения системы из n линейных уравнений.

Обсуждение и заключение

Обсуждение и заключение. Полученные результаты представляют собой важный вклад в исследование проблемы размещения виртуальных объектов в AR/VR/MR. Они открывают новые возможности для улучшения взаимодействия с пользователями и проведения дальнейших исследований в области пространственных вычислений. Возможными направлениями для дальнейшего развития являются динамические корректировки и интеграция полученных результатов в различные XR-сценарии.

дополненная реальностьвиртуальные объектыфизическое пространстворациональное размещениематематическая модельуравненияaugmented realityvirtual objectsphysical spaceoptimal placementmathematical modelequationsданное исследование осуществлено благодаря финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 21–510–07004this research was carried out thanks to the financial support of the RFBR in the framework of scientific project no. 21–510–07004. We acknowledge participation and valuable contribution of our colleagues in this grant work. In addition, we would like to thank the editorial team of the journal and the reviewer for their competent expertise and valuable recommendations for improving the article.ReferencesMekni M., Lemieux A. Augmented Reality: Applications, Challenges and Future Trends. In: British Library Conference Proceedings: Applied Computational Science. Athens: WSEAS; 2014. P. 205–214. URL: https://www.cs.ucf.edu/courses/cap6121/spr2020/readings/Mekni2014.pdf (accessed: 29.03.2023)Mekni M, Lemieux A. Augmented Reality: Applications, Challenges and Future Trends. In: British Library Conference Proceedings: Applied Computational Science. Athens: WSEAS; 2014. P. 205–214. URL: https://www.cs.ucf.edu/courses/cap6121/spr2020/readings/Mekni2014.pdf (accessed: 29.03.2023)Rick Van Krevelen, Ronald Poelman. A Survey of Augmented Reality Technologies, Applications and Limitations. International Journal of Virtual Reality. 2019;9(2):1–20. https://doi.org/10.20870/IJVR.2010.9.2.2767Rick Van Krevelen, Ronald Poelman. A Survey of Augmented Reality Technologies, Applications and Limitations. International Journal of Virtual Reality. 2019;9(2):1–20. https://doi.org/10.20870/IJVR.2010.9.2.2767Rui Nóbrega, Diogo Cabral, Giulio Jacucci, et al. NARI: Natural Augmented Reality Interface - Interaction Challenges for AR Applications. In: Proc. Int. Conf. on Computer Graphics Theory and Applications (GRAPP 2015). Pasadena, CA: Morgan Kaufmann Publishers Inc.; 2015. P. 504–510. https://doi.org/10.13140/RG.2.1.2240.1440Rui Nóbrega, Diogo Cabral, Giulio Jacucci, et al. NARI: Natural Augmented Reality Interface - Interaction Challenges for AR Applications. In: Proc. Int. Conf. on Computer Graphics Theory and Applications (GRAPP 2015). Pasadena, CA: Morgan Kaufmann Publishers Inc.; 2015. P. 504–510. https://doi.org/10.13140/RG.2.1.2240.1440Kurkovsky S.A., Koshy R., Novak V., et al. Current Issues in Handheld Augmented Reality. In: Proc. 2012 Int. Conf. on Communications and Information Technology (ICCIT): 2012 International Conference on Communications and Information Technology (ICCIT). Hammamet: IEEE; 2012. P. 68–72. https://doi.org/10.1109/ICCITechnol.2012.6285844Kurkovsky SA, Koshy R, Novak V, et al. Current Issues in Handheld Augmented Reality. In: Proc. 2012 Int. Conf. on Communications and Information Technology (ICCIT): 2012 International Conference on Communications and Information Technology (ICCIT). Hammamet: IEEE; 2012. P. 68–72. https://doi.org/10.1109/ICCITechnol.2012.6285844Irshad Sh., Rambli D.R.A. Advances in Mobile Augmented Reality from User Experience Perspective: A Review of Studies. In book: HB Zaman, et al. (eds.). Advances in Visual Informatics. Cham: Springer International Publishing; 2017. P.466–477. https://doi.org/10.1007/978-3-319-70010-6_43Irshad Sh, Rambli DRA. Advances in Mobile Augmented Reality from User Experience Perspective: A Review of Studies. In book: HB Zaman, et al. (eds.). Advances in Visual Informatics. Cham: Springer International Publishing; 2017. P.466–477. https://doi.org/10.1007/978-3-319-70010-6_43Turk M., Fragoso V. Computer Vision for Mobile Augmented Reality. In book: Gang Hua, Xian-Sheng Hua (eds.). Mobile Cloud Visual Media Computing. Cham: Springer International Publishing; 2015. P. 3–42. https://doi.org/10.1007/978-3-319-24702-1_1Turk M, Fragoso V. Computer Vision for Mobile Augmented Reality. In book: Gang Hua, Xian-Sheng Hua (eds.). Mobile Cloud Visual Media Computing. Cham: Springer International Publishing; 2015. P.3–42. https://doi.org/10.1007/978-3-319-24702-1_1Keshavarzi M., Yang A., Caldas L., et al. Optimization and Manipulation of Contextual Mutual Spaces for Multi-User Virtual and Augmented Reality Interaction. In: Proc. 2020 IEEE Conference on Virtual Reality and 3D User Interfaces (VR). Atlanta, GA: IEEE; 2020. P.353–362. https://doi.org/10.1109/VR46266.2020.00055Keshavarzi M, Yang A, Caldas L, et al. Optimization and Manipulation of Contextual Mutual Spaces for Multi-User Virtual and Augmented Reality Interaction. In: Proc. 2020 IEEE Conference on Virtual Reality and 3D User Interfaces (VR). Atlanta, GA: IEEE; 2020. P.353–362. https://doi.org/10.1109/VR46266.2020.00055Z. Sadeghipour Kermani, Liao Z., Tan P., et al. Learning 3D Scene Synthesis from Annotated RGB-D Images. Computer Graphics Forum. 2016;35(5):197–206. https://doi.org/10.1111/cgf.12976Z Sadeghipour Kermani, Liao Z, Tan P, et al. Learning 3D Scene Synthesis from Annotated RGB-D Images. Computer Graphics Forum. 2016;35(5):197–206. https://doi.org/10.1111/cgf.12976Alpatova M.V., Glazkov A.V., Rudyak Yu.V. Mathematical Model of Rational Location of Augmented Reality Objects in User's Environment. In: Proc. Int. Sci. Conf. “Smart Nations: Global Trends In The Digital Economy”. Cham: Springer International Publishing; 2022. P. 248–254. https://doi.org/10.1007/978-3-030-94873-3_30Alpatova MV, Glazkov AV, Rudyak YuV. Mathematical Model of Rational Location of Augmented Reality Objects in User's Environment. In: Proc. Int. Sci. Conf. “Smart Nations: Global Trends In The Digital Economy”. Cham: Springer International Publishing; 2022. P. 248–254. https://doi.org/10.1007/978-3-030-94873-3_30

The authors declare that there are no conflicts of interest present.