1900’den 2015’e “Artırılmış Gerçeklik” Tarihi

Artırılmış gerçeklik, fiziksel dünyadaki nesne ve mekânların yapay ögeler kullanılarak zenginleştirilmesidir. Günümüzde pek çok alanda kullanılan ve gelecekte de etkin bir şekilde kullanılacağı öngörülen artırılmış gerçeklik teknolojisiyle ilgili sağlıklı çıkarımlar yapabilmek için mutlaka geçmişte neler yapıldığına ve süreç içinde uygulamalarda ne gibi değişim ve dönüşümler meydana geldiğine bakmak gerekmektedir. Gerçekleştirilen bu çalışma sonunda, 20. yüzyılın başlarından itibaren artırılmış gerçeklikte kullanılan yazılımlar, uygulamalar, donanımlar ve kullanılan araçlar belirlenerek bir yüzyıldan fazla bir süre içinde bu teknolojide gerçekleşen paradigma değişimlerinin neler olduğu 50 yıllık periyotlar halinde kronolojik olarak incelenmektedir.

Artırılmış gerçeklik (augmented reality), gerçek ve sanalı birleştirerek, gerçek zamanlı etkileşim ve üç boyutlu görüntüleme imkânı sağlayan teknolojik sistemlerdir [1]. Artırılmış gerçeklik ve giyilebilir teknolojilerin dününde ve bugününde gerçekleşen değişim ve dönüşümler, geleceğe yön verecek sağlıklı çıkarımlar yapabilmek adına son derece önemlidir. İnternet gibi iletişim teknolojilerinin ortaya çıkışı, mobil araçların ve buna bağlı uygulamaların gelişmiş özellikler kazanarak yaygınlaşması ve giyilebilir teknolojilerin farklı işlevler kazanmasıyla, artırılmış gerçekliğin paradigma değişimi yaşadığı ve çok daha farklı şekillenmeye başladığı görülebilmektedir. Yaşanan teknolojik devrimler artırılmış gerçeklikte de bazı kırılma noktaları oluşturmuştur. Thomas Kuhn, “Bilimsel Devrimlerin Yapısı” [2] adlı eserinde, bilimsel ilerlemenin birikimlerle gerçekleştiği görüşüne karşı çıkarak sürecin kesintili ve devrimsel değişimlere maruz kaldığında büyük ilerlemelerin gerçekleştiği görüşünü savunmaktadır. Kuhn, kitabın ilk sayfalarında, tarihin, salt kronolojik bir çizelge veya hikâye deposu olarak görülmemesi gerektiğinden bahsederek, paradigma kavramını ele almakta, paradigma değişimlerinin (paradigm shift) bilimsel devrimlere yola açtığını belirtmekte ve bir paradigmanın sorunları çözmede yetersiz kaldığı durumlarda başarısızlığa tepki olarak yeni bir kuramın ortaya çıktığı, eski paradigmanın iflas ettiğinden söz etmektedir. Yapılan bu çalışmada, artırılmış gerçeklikte meydana gelen paradigma değişimlerinden söz edilmektedir. 1901 yılında Baum’un hayal ettiği gözlüklerden, 1960’larda bu hayali ilk gerçekleştiren Ivan Sutherland’e ve günümüzde gerçekleşmekte olan son teknolojilere kadar, bu alanda meydana gelen tüm gelişmeler kronolojik bir sırada açıklanmaktadır. Bu kronolojik sıralama, Kuhn’un belirttiği gibi salt bilgi sunumundan ziyade, değişim ve kaymaların neden-sonuç ilişkilerini içerecek bir yaklaşımla hazırlanmıştır.

1900-1950 Yılları Arasındaki Artırılmış Gerçeklik Uygulamaları

Artırılmış gerçeklikle ilgili ilk düşünceler Oz Büyücüsü romanıyla ünlü L. Frank Baum’un 1901’de yayınlanan “Ana Anahtar (The Master Key)” adlı eserinde görülebilmektedir [3]. Romanda, Rob adlı elektriğe ilgisi ve merakı olan bir çocuğun, elektriğin ana anahtarını tesadüfen bularak elektrik cinini (The Demon of Electricity) çağırması sonucu ona verilen elektrikli cihazlardan oluşan hediyeleri ve Rob’un bu cihazlarla olan maceralarını anlatmaktadır. Bu hediyelerden biri de “Karakter Belirteci (Character Marker)” adı verilen gözlüklerdir. Bu gözlüklerle bir insana bakıldığında, gözlük, karşıdaki kişinin karakter yapısını gösteren kötü, iyi, zeki, kaba gibi işaretlemeler yapmaktadır. Bunu yaparken de kişinin alın bölgesinde karakter yapısının baş harfini göstermektedir. Gözlüklerin, tüm insanlarda bulunan elektriksel titreşimlerin yorumlanması şeklinde çalıştığı belirtilmektedir. Kitapta geçen bu gözlükler artırılmış gerçekliğin kullanımına ilişkin ilk fikirlerden biri olarak kabul edilmektedir [3]. İngiliz ordusu 2. Dünya Savaşı sırasında uyguladığı Mark VIII Airborne Interception Radar Gunsighting projesiyle savaş uçaklarının ön camında görüntülenen radar bilgi ekranı sayesinde, pilota uçuşla ilgili çeşitli bilgilerin sağlandığı sistemi geliştirmiştir [4]. 2. Dünya Savaşı sırasında ve sonrasında özellikle askeri projelerde geliştirilen bu sistemler [5] artırılmış gerçekliği tam olarak yansıtmasa da gelişim sürecinde değinilmesi gereken uygulamalardır.

1951-2000 Yılları Arasındaki Artırılmış Gerçeklik Uygulamaları

Sinematograf Morton Heilig, 1957 yılında Sensorama adını verdiği bir simülatör yaparak beş duyu organını harekete geçirecek şekilde çok algılı bir deneyim imkanı sunmuş ve daha sonrasında 1962 yılında makinenin patentini almıştır. Simülatör 80’li yıllarda oyun salonlarındaki makinelere benzer şekilde, jetonla çalışarak kullanıcılarını iki dakikalık bir yolculuğa çıkarmaktadır. Bu deneyim esnasında, görseller üç boyutlu hale getirilmekte, stereo sesler, aroma kokuları, rüzgar efektleri ve titreşimler kullanılarak ortamın gerçeklik algısı artırılmaktadır [6]. Morton Heilig, 1955 yılında, “Sinemanın Geleceği” adlı makalesinde, sinema sektörünün gelecekte ses ve görüntü dışında diğer duyu organlarına daha fazla hitap etmesi gerektiğini belirterek Sensorama’nın temel altyapısını hazırlamıştır [7]. Heilig’in bu makalesi sektörde yeteri kadar ilgi çekmeyince Sensorama’yı kendisi tasarlayıp yapmıştır. 1968 yılında ise, Harvard Üniversitesi, Elektrik Mühendisliği’nden Ivan Sutherland, Demoklas’ın Kılıcı (Sword of Damocles) adını verdiği ilk başa takılan görüntüleyici (head mounted display) tasarlayarak artırılmış gerçekliğin günümüzdeki gelişimine yön vermiştir. Kafa çevirme ve göz hareketleriyle çalışan sistemde, çok basit düzeyde grafikler kullanılmıştır. Bu mekanizma kullanıcıların kafasında taşınamayacak kadar büyük olduğundan dolayı, laboratuvarın tavanına asılı bir şekilde durmaktadır. Adını da mekanizmanın bu yapısından dolayı almıştır. Zamanın bilgisayar sistemlerinin ileri düzeyde olmaması nedeniyle ilkel, ağır ve kullanışsız gözükse de, Baum’un “Karakter Belirteci” gözlüğü hayalini hayata geçirmesi ve günümüzde çeşitli alanlarda kullanılan görüntüleyicilere ilk örneği oluşturması bakımından önemlidir. Toronto Üniversitesi’nde Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği’nde Profesör olan Steve Mann “İlk Cyborg”, “Giyilebilir Bilgisayarların Babası” ve “Aracılı Gerçeklik (Mediated Reality)” teriminin mucidi olarak bilinmektedir [8]. 1980’li yıllardan itibaren üzerinde çalıştığı dijital gözlükleri, daha sonraki yıllarda sürekli geliştirmiş ve 1999 yılında EyeTap adını vererek kullanmaya başlamıştır. Başlarda bir kaskla ve sırt çantasıyla bütünleştirilmiş olan tasarım, zamanla oldukça şık, zarif ve küçük hale getirilmiştir.

EyeTap, Google Glass’ın atası olarak görülebilse de, bazı farklılıklar taşımaktadır. EyeTap kullanıcının istediği zaman takıp çıkarabileceği esnek bir yapıya sahip değildir. Basit bir operasyonla takılan bu gözlük, çıkarılırken de bir operasyona gereksinim duymaktadır. Sağ göze bütünleşik mercek hem kamera hem monitör görevi görmekte, kamera vasıtasıyla görüntüler kaydedilmekte ve ekranda da kullanıcının isteğine bağlı olarak yön tarifleri veya hava durumu gibi bilgiler görüntülenebilmektedir [9]. Buluşlarına lise yıllarında başlayan, Steve Mann’in EyeTap dışında pek çok giyilebilir bilgisayar çalışması bulunmaktadır. 1992’de ilk defa “Artırılmış Gerçeklik (Augmented Reality)” terimini ortaya koyan Thomas Caudell ve David Mizell [10] 1990’ların başında Boeing firması için geliştirmeye başladıkları başa takılan dijital görüntüleyici aracılığıyla işçilerin ve teknisyenlerin uçaklardaki kablo bağlantılarının doğru yapılmasına yönelik kılavuz olmuşlardır [29]. Uçakların üretim, tamir ve mühendislik süreçlerinde kullanılan bu görüntüleyici, firmaya yeni alınan işçilerin eğitiminde de kullanılmıştır. Görüntüleyiciyi kullanan kişi, sürekli değişen ve yönlendirici bilgiler içeren dinamik bir ekranla karşılaşmaktadır [10].

2001-2015 Yılları Arasındaki Artırılmış Gerçeklik Uygulamaları

2000’li yıllardan itibaren mobil cihazlara yönelik uygulamaların geliştirilmesine hız verilmiştir. 1992’de ilk akıllı cep telefonun IBM ve Bellsouth tarafından üretilmesi, 1993’te GPS’in kullanılmaya başlanması, 1996’da tek boyutlu barkodlardan, karekodlara geçişin Jun Rekimoto tarafından gerçekleştirilmesi, 1999’da ilk GPS entegreli GSM telefon olan Benefon’un üretilmesi, aynı yıl kablosuz ağ (Wi-Fi) protokolünün tanımlanması ve ilk ticari cep telefonu kamerasının Sharp tarafından 2000’de üretilmesiyle birlikte  mobil cihazlar üzerinde artırılmış gerçeklik uygulamalarının kullanımı hız kazanmaya başlamıştır. Bunların ilk örneklerinden biri BatPortal’dır. BatPortal, cep bilgisayarı (PDA) tabanlı, kablosuz bir artırılmış gerçeklik sistemi olarak 2001 yılında geliştirilmiştir. Yer saptama “Bats” adı verilen ultrasonik izleme sistemi aracılığıyla yapılmaktadır. Sistem iki şekilde kullanılmaktadır. İlki, sistemde başa takılan görüntüleyici ve bir taşınabilir bilgisayarın birbirine bağlanması şeklindedir. İkincisi ise, PDA kullanılarak artırılmış dünyanın görüntülenmesi olarak gerçekleştirilmesidir. BatPortal’ın tarihsel gelişimde önemli yer kazanmasının nedeni, PDA’nın bu sistemde etkin olarak kullanılmasındandır. Mathias Möhring 2004 yılında cep telefonlarına yönelik ilk video tabanlı artırılmış gerçeklik sistemini hayata geçirmiştir. 3 boyutlu işaretçiler (marker) aracılığıyla çalışan sistem, kamerayla, 3 boyutlu işaretçinin görüntülenmesi sonucunda canlı video akışı şeklinde gerçekleşmektedir [11]. Wikitude ise 2008 yılında Mobilizy firması tarafından geliştirilen görüş ve konum tabanlı bir artırılmış gerçeklik uygulamasıdır. Wikitude AR Travel Guide adlı uygulama, HTC Dream (T-Mobile G1) adlı Android tabanlı akıllı telefonla uyumlu ilk mobil artırılmış gerçeklik uygulamasıdır [12].

Uygulamanın ilk aşamalarında GPS ve dijital pusula verileri kullanılarak, çevresindeki mekânlarla ilgili Wikipedia gibi çeşitli platformlardan bilgiler alınarak, kameraya tutulan yerle ilgili bilgiler sunulmaktaydı. Daha sonraki sürümlerinde bilgilerin alındığı web kaynakları ve sosyal ağ bağlantıları genişletildiği gibi, uygulamanın uyumlu olduğu mobil platformlar da (IOS, Symbian gibi) çeşitlenmiştir. Wikitude ayrıca yazılım geliştirme kiti (software development kit – SDK) yayınlayarak kullanıcıların kendi artırılmış gerçeklik ortamlarını oluşturmaları için fırsat yaratmaktadır. “Terminatör” filminde ve “Sight” adlı ödüllü kısa filmde görülen biyonik kontakt lensler ise Washington Üniversitesi Elektrik Mühendisliği’nden Babak Parviz ve ekibi tarafından 2008’de tanıtılmıştır. Bu kontakt lensler, LED, küçük radyo devresi ve antenden oluşmaktadır. LED’e gerekli olan enerji kablosuz olarak sağlanmaktadır. Dışarıdan bakıldığında normal bir kontakt lensten farksız görünse de üzerinde bulunan mikro elektronik devreler bu lensleri diğerlerinden ayırmaktadır [13]. Öncelikle tavşanlarda denenen ve herhangi bir yan etki gözlenmeyen bu lenslerin insan gözünde kullanılabilirliğiyle ilgili çalışmalar hala devam etmektedir. Özellikle, lensin üzerindeki metal alaşımların ve elektronik devrelerin insan gözüne zarar vermeyecek malzemelerden oluşması hedeflenmektedir. Biyonik lensler, şu an görüş alanına, basit düzeyde yazı ve resimlerin eklenmesi şeklinde çalışsa da, gelecekte tıpta, savunma sanayiinde ve oyun sektörü başta olmak üzere günlük hayatta da yaygın olarak kullanılması öngörülmektedir. 2009 yılında, Pranav Mistry, MIT Medya Laboratuarı’nda (Media Lab) geliştirilmekte olan “Altıncı His (Sixth Sense)” artırılmış gerçeklik projesini hayata geçirmiştir. Mistry, ayna, kamera, mobil cihaz, renkli belirteçler ve projektörden oluşan cihazıyla, el hareketlerini kullanarak, duvar veya kağıt gibi herhangi bir yüzeyi, hatta kendi avuç içini arayüz olarak kullanarak bu giyilebilir aracı geliştirmiştir. Dokunmatik ekranlar üzerinde yapılabilen tüm el hareketleri ve jestleri (büyütme, küçültme, sürükle-bırak), çevredeki herhangi bir yüzey üzerinde gerçekleştirilebilmektedir. Boyuna asılı şekilde duran kamera aracılığıyla kullanıcının el ve vücut hareketleri tanınmakta ve Mistry’nin yazmış olduğu algoritma çalışarak işlemler gerçekleştirilmektedir. Mistry 2009 yılında yaptığı TED konuşmasında bu projenin fiziksel dünyada kullandığımız beş duyuya altıncıyı ekleyerek fiziksel dünyamıza daha bağlı olmamıza ve insan kalmamıza yardım edeceğini ve insanoğlunun başka makinelerin karşısında oturan makineler olmasını engelleyeceğini belirtmiştir. Mistry bu konuşması sırasında yazılımda kullanılan kodları açık kaynak hale getirip paylaşacağını da belirtmiştir [14]. 2012 yılında, Google’ın üzerinde uzun yıllardır çalıştığı Glass adlı akıllı gözlüklerin ilk örnekleri tanıtılmıştır. Google Glass, ses komutlarıyla ve gözlüğün sağ yanında bulunan dokunmatik yüzey ile kontrol edilen bir mekanizmaya sahiptir. Gözlük, ses komutları aracılığıyla, fotoğraf çekebilmekte, video kaydedebilmekte, Hangout uygulaması aracılığıyla görüntülü görüşmeye imkân verebilmekte, kablosuz ağ kullanabilmekte, Google arama motoruna sesli sorular gönderip anında cevap alabilmektedir. Gözlük, bir akıllı telefonla Bluetooth ile bağlandığında ise onun internet bağlantısından ve GPS verilerinden de faydalanabilmekte, arama yapabilmekte, metin mesajı gönderebilmekte, özetle, telefonun tüm işlevi kullanılabilmektedir [15]. Bununla beraber, ekranın çok küçük olması, gözlükten yayılan radyasyonun ve gözlük ekranının beyin ve göz sağlığı açısından zararlı olması ve gözlüğün etik, gizlilik ve güvenlik açısından bazı problemleri beraberinde getirmesi nedeniyle Google Glass akıllı gözlükleri tartışmalı bir noktaya gelmiştir. Bu noktada, kullanıcıların ilgisini kaybetmesi ve çekirdek ekibin Google X birimini terk etmesi nedeniyle, 19 Ocak 2015’te “Kâşif” adlı sürümün satışı durdurularak, daha gelişmiş özelliklerle yeniden geliştirilmesi planlanmaktadır [16].

Google Glass’tan önce de, sonra da pek çok akıllı gözlük, bazı firmalar veya mucitler tarafından piyasaya çıkarılmıştır. Google dışında, Vuzix, Recon, Oculus, Meta gibi pek çok firma artırılmış ve sanal gerçeklik gözlüklerini geliştirmeyi sürdürmektedir. Google Glass’ta yaşanan hayal kırıklığı ve satışının durdurulmasından birkaç gün sonra Ocak 2015’te Microsoft firması Hololens adlı gözlüğü tanıtmıştır. Herhangi bir arayüze sahip olmayan gözlükte, hologramların oluşturulması ve şekillendirilmesi görme, hareket ve ses tabanlı gerçekleştirilmektedir. Gözlük yüksek kalitede görüntüler elde edebilmek amacıyla üzerine entegre edilmiş holografi işleme ünitesine (HPU) ve işlemciye sahiptir. Ayrıca, Microsoft, NASA ile Mars’a gönderilecek araçlarda Hologram uygulamalarının kullanılabilirliği üzerinde çalışmalarını sürdürmektedir. Hololens’in hangi uygulamaları içereceği, satışa çıkma tarihi ve fiyatı gibi özellikler henüz belli olmamakla birlikte, günlük yaşamın bir parçası haline geldiğinde, insanların yaşam biçimlerini derinden etkileyebileceği söylenebilir.

Sonuç

Teknolojik tekilliğe (singularity) giderek yaklaşıldığı bu dönemde, artırılmış gerçeklik oldukça ilgi çeken ve üzerinde ciddi çalışmaların yapıldığı uygulama alanlarından biridir. Artırılmış gerçeklik ve giyilebilir teknolojilerin tarihi ilk insanların mağara duvarlarına yaptıkları çizimler kadar eski olsa da, bu çalışmada özellikle bilişim teknolojilerinde yaşanan gelişmeler perspektifinden paradigma değişimleri incelenmiştir. Artırılmış gerçekliğin ilk uygulamaları başa takılan görüntüleyiciler, simülatörler, basit düzeyde giyilebilir araçlar, cep bilgisayarları, masaüstü bilgisayarlar ve onlara dışarıdan entegre edilmiş kameralardan oluşmaktaydı. Ancak daha sonra özellikle internet gibi iletişim teknolojilerinin ortaya çıkışı, mobil araçların ve buna bağlı yazılım ve uygulamaların gelişmiş özellikler kazanarak yaygınlaşması ve giyilebilir bilgisayar teknolojilerinin farklı işlevler kazanarak, daha küçük ve daha işlevsel hale getirilmesi, artırılmış gerçekliğin paradigma kayması geçirerek, çok daha farklı şekillenmesine neden olmuştur. Özellikle 2000’li yıllardan itibaren mobil uygulamaların geliştirilmesine yönelik eğilimlerin arttığı ve 2010’lu yıllara doğru giyilebilir teknolojilerdeki çalışmaların yeniden alevlendiği gözlenebilmektedir. Baum’un “Karakter Belirteci” hayalinden, Microsoft Hololens’e kadar geçen süreçte, artırılmış gerçeklik ve giyilebilir teknolojilerin gelişim grafiğinin bilişim teknolojilerindeki gelişmelerden büyük ölçüde etkilendiği görülebilmektedir. Günümüzde sanal retina görüntüleyiciler, biyonik kontakt lensler, hologramlar, mobil uygulamalar ve akıllı gözlüklerin araştırma ve geliştirme süreçleri devam etmekte ve kullanımlarına çeşitli alanlarda başlanmaktadır. Bu noktada özellikle insanbilgisayar etkileşimi ile artırılmış gerçekliğin bütünleştirilip daha gelişmiş uygulama ve cihazların geliştirilmesi hedeflenmekte ve yakın gelecekte artırılmış gerçeklik teknolojisinin günlük yaşamın normal bir parçası gibi kullanılacağı beklenmektedir.

M. Taha Çalmabay

Stratejik Ortak Misafir Yazar

[NOT]: Bu yazı Hakan ALTINPULLUK ve Mehmet KESİM’İN yazmış olduğu ‘Geçmişten Günümüze Artırılmış Gerçeklik Uygulamalarında Gerçekleşen Paradigma Değişimleri’ adlı makaleden alıntılanarak hazırlanmıştır.