ConceitosRMFio

Realidade Misturada
José Remo F. Brega
Ildeberto A. Rodello
Antonio Carlos Sementille
Silvio Ricardo Rodrigues Sanches
1
Roteiro
Apresentação/Introdução
Conceitos Básicos
Tipos e Classificações
Dispositivos Especiais
Linguagens, Bibliotecas e Ferramentas
Áreas de Aplicação
Exemplos/Demonstrações
2
Introdução
3
Introdução
Realidade Virtual (RV) ?!?

Termo atribuído a Jaron Lanier
“Realidade Virtual é um péssimo nome para
uma boa idéia.”
Olin Lathrop
4
Definição
Existem várias definições para o termo.
Mais aceita:
“É a forma mais avançada de interface do
usuário com o computador até agora
disponível.”
Hancock, 1995
5
Interfaces...
Prompt – MS DOS
Eniac – Chaves e Relês
WIMP
6
Interfaces...RV!
7
Outra Definição...
“É uma técnica avançada de interface
onde o usuário pode realizar imersão,
navegação e interação em um ambiente
sintético tridimensional gerado por
computador”
Claudio Kirner
8
Definição Realidade Misturada
RM
Caracterização do espaço de transição
entre o mundo real e um mundo
artificial.
9
Caracterização da RM
10
Continuum de Virtualidade
Proposto por Milgram et al (1994).
Realidade Misturada
Ambiente
Real
Realidade
Aumentada
Virtualidade
Aumentada
Ambiente
Virtual
11
Continuum de Virtualidade
Quando há predominância do virtual
sobre o real

Virtualidade Aumentada
Quando há predominância do real sobre
o virtual

Realidade Aumentada
12
Contínuo Virtual-Real
13
Contínuo Virtual-Real
14
Realidade Misturada
Segundo
Azuma
(1997),
três
características são essenciais para que
um sistema seja considerado um
sistema de RM:



Combinação de algo real e virtual;
Interação em tempo real e;
Alinhamento e sincronização precisos dos
objetos virtuais tridimensionais com o
ambiente real (Registro).
15
Realidade Misturada
16
Meta da Realidade Misturada

criar um ambiente tão realista que faça
com que o usuário não perceba a
diferença entre os elementos virtuais e os
reais participantes da cena
17
Caracterização da RV
18
Histórico da Realidade Virtual
19
Histórico
Em termos de área de estudo pode-se situar
o provável inicio da RV no século XIX com o
aparecimento dos primeiros simuladores de
vôo.
Em 1929, Edward Link desenvolve um
simulador de vôo mecânico simples para
treinar pilotos em recinto fechado..
20
Simulador de vôo de Edward Link
21
Histórico
1960: Morton Helig - Sensorama
1961: Comeau e Bryan - Circuito de TV
com visor montado em um capacete
1968: Ivan Sutherland desenvolveu, na
Universidade de Harvard, o primeiro
capacete com imagens geradas por
computador
22
Sensorama
23
Experimentos de Sutherland
Quint Foster
(por volta de 1967)
Fonte: http://www.sun.com/960710/feature3/alice.html#pics
24
Histórico
1977 e 1982: Primeiras luvas,
desenvolvidas respectivamente pelo
grupo levado por Dan Sandin, Richard
Soyre
e
Thomas
Defanti
na
Universidade de Illinois e por Thomas
Zimmerman para serem acoplados a
computadores.
25
Histórico
1987, VPL Research Inc, empresa
fundada Zimmernam colocou pela
primeira vez produtos de realidade
virtual
no
mercado
com
a
comercialização da luva "Data Glove” e
do capacete "Eye Phones".
26
Histórico no Brasil
Primeiro grupo de Pesquisas em RV no
Brasil foi criado em 1995 pelo Prof.
Claudio Kirner na UFSCar.
Primeiro Congresso em 1997.
Hoje existem em torno de 25 grupos no
Brasil.
27
Conceitos Básicos de RV
28
Imersão
Sensação de “estar dentro” do ambiente
Obtida por meio do uso de:



Capacetes
Óculos Estereoscópicos
Cavernas Digitais (CAVE)
Obs: Um Ambiente Virtual pode ser não
imersivo também!!
29
Interação
Capacidade do computador detectar as
entradas do usuário e modificar
instantaneamente o mundo virtual e as
ações sobre ele.
Obtida por meio de:

Objetos 3D simulados, sons, luvas,
rastreadores, joysticks, mouse, teclado,
dispositivos de tato e força.
30
Envolvimento
Grau de motivação
Pode ser:


Passivo: Ler um livro, assistir TV
Ativo: Participar de um jogo com algum
parceiro
31
Outros conceitos relacionados
32
Imersão - Estereoscopia
É o nome dado a técnica ou ao
conjunto de técnicas utilizadas para a
simulação do mecanismo biológico
humano de visualização
Do grego:
“stereos”
+
“skopein”
“sólido” ou “relevo”
“olhar” ou “ver”
33
Estereoscopia
34
Avatar
O termo avatar é oriundo do sânscrito (avatãr) e na
teogonia indiana significa cada uma das
encarnações de um deus, especialmente de Vixnu.
É usado para representar um humano virtual
controlado pelo usuário.
A representação destes humanos sintéticos pode
ser feita através de ícones 2D, filmes, formas 3D
ou até corpos 3D completos
35
Avatares - Exemplos
36
Exemplos
37
Exemplos
38
Exemplos
39
6 Graus de Liberdade (6DOF)
Objetos podem se movimentar (translação):



Para frente ou para trás (eixo X)
Para cima ou para baixo (eixo Y)
Para esquerda ou direita (eixo Z)
Também podem girar ao redor desses eixos
principais (rotação):



Roll (rotação ao redor de X)
Yaw (rotação ao redor de Y)
Pitch (rotação ao redor de Z)
40
RV - Classificações
41
Classificações
São várias as formas pelas quais um
AV pode ser classificado:


Modelo de participação do usuário e;
Grau de imersão proporcionado
usuário.
ao
42
Modelo de participação
De acordo com o modelo de interação,
RV pode ser classificada em:



Passiva;
Exploratória e;
Interativa.
43
Passiva
Permite ao usuário somente a
exploração
pré-definida,
sem
a
possibilidade de interferência.
A rota e o ponto de vista é controlado
pelo software.
44
Exploratória
O usuário tem a liberdade de escolher a
rota e o ponto de vista, entretanto não
tem liberdade para interação com o
ambiente.
45
Interativa
Oferece todas as possibilidades que
eram restritas nas participações passiva
e exploratória.
O usuário tem liberdade de escolher
rota, ponto de vista e interagir com os
objetos do ambiente.
46
Grau de Imersão
Sob o grau de imersão, a RV pode
ainda ser classificada em:




RV de Simulação;
RV de Projeção;
Displays Visualmente Casados (Visually
Coupled Displays );
RV de Mesa (Desktop VR)
47
RV de Simulação
Representa o tipo mais antigo de
sistema de RV;
Originou-se com os simuladores de
vôo desenvolvidos pelos militares
americanos depois da Segunda Guerra
Mundial.
Os jogos simuladores são exemplos
dessa classificação.
48
RV de Projeção
Também conhecida como Realidade
Artificial .
Foi criada nos anos 70 por Myron
Krueger.
Na RV de Projeção o usuário está
fora do mundo virtual, mas pode se
comunicar com personagens ou
objetos dentro dele.
49
Displays Visualmente Casados
Ligada ao uso de equipamentos onde as
imagens são exibidas diretamente ao
usuário como por exemplo, headmounted displays (HMDs).
É o modelo mais relacionado a RV
imersiva.
50
RV de Mesa
Ao invés do uso de head-mounted
displays (HMDs), são utilizados grandes
monitores ou algum sistema de
projeção para apresentação do mundo
virtual.
É o modelo mais relacionado a RV não
imersiva.
51
Exemplo - Vídeo
52
Caracterização da Realidade
Aumentada (RA)
53
Realidade Aumentada
De acordo com Azuma (1997), a RA é uma
variação da RV.
A RA permite que o usuário visualize os
objetos virtuais sobrepostos ou compondo
com o mundo real.
RA é também pode ser considerada uma
melhoria do ambiente real com textos,
imagens e objetos virtuais gerados por
computador.
54
Realidade Aumentada
Em termos de interface, a RA se
diferencia da RV por aumentar a
percepção
do
usuário
e
conseqüentemente contribuir para que
a interação seja mais intuitiva.
55
Pequena Comparação
RV
Ambiente totalmente
gerado por computador
RA
Visa enriquecer o ambiente
real com objetos virtuais
A sensação visual é
O usuário tem o sentido de
controlada pelo computador presença no ambiente real
É preciso um dispositivo
para proporcionar a
imersão.
É necessário um dispositivo
para combinar o real com o
virtual
56
Exemplo - Vídeo
57
Dispositivos não convencionais
58
Dispositivos ?
59
Dispositivos Não-Convencionais
Capacetes
Luvas (gloves)
Óculos Estereoscópicos
Cavernas Digitais (CAVEs)
See-through Displays
Workbenchs
Spaceballs
Joysticks...
60
Capacetes
HMD (head-mounted display) Óculos
ou capacetes com pequenos monitores
que emitem imagens, posicionando
cada monitor diante de cada olho do
usuário.
61
Capacetes
Geração de imagens diretamente nos
olhos
Proporciona a imersão
62
Capacetes
63
64
HMD- Head Mounted Display
Video display
65
Capacetes
Possíveis problemas:



Fadiga;
Náuseas;
Mobilidade (se não for wireless).
66
Head-mounted see-through
67
Óculos Estereoscópicos
Proporciona visão “saltada” da tela
Técnicas:


Geração de uma imagem para cada olho
Sobreposição de cores (anaglifos)
68
Head-up carro
69
Head-up avião
70
Luvas
Possibilita o aparecimento de uma “mão
virtual” dentro do ambiente
Feedback: quente, frio, peso.
71
Cyber Glove
72
73
Luvas
Para dar mais realismo, algumas luvas
procuram estimular as sensações
físicas, como o tato, tensão muscular e
temperatura, sendo entendidos como:



Feedback tátil;
Feedback de força;
Feedback térmico.
74
Feedback tátil
Transmitem sensações que atuam sobre
a pele.
Visam fornecer sensação do toque.
A simulação tátil pode ser alcançada por
meio de pressão de ar e por meio de
vibrações.
75
Feedback de força
Permitem as sensações de pressão ou
peso, por meio de uma espécie de
exoesqueleto mecânico que oferece
alguma resistência ao braço e/ou a mão
do usuário.
76
CyberGrasp
77
78
Feedback térmico
Usado para oferecer sensação de
quente/frio.
Tem custo alto e ainda não é muito
evoluído.
79
Cavernas Digitais
CAVE (Cave Automatic Virtual
Enviroment)
É um sistema complexo de
realidade virtual que permite que
simulações
tridimensionais
realizadas em computador sejam
exibidas ampliadas em tamanho
próximo do natural.
80
Cavernas Digitais
A primeira Caverna Digital foi
desenvolvida
em
1991,
na
Universidade
de
Ilinois,
em
Chicago.
Existe cerca de 160 cavernas
digitais espalhadas pelo mundo (1
na escola Politécnica da USP em
São Paulo).
81
Cavernas Digitais
É uma sala composta por três, quatro
ou cinco paredes medindo 3 X 3
metros, onde o sistema realiza a
multiprojeção nas paredes internas
por meio de supercomputadores
que geram imagens 3D com
resolução superior a 2000 X 2000
pixels.
82
Cavernas Digitais
83
Cavernas Digitais
84
Workbenchs
Mesa onde imagens são projetadas
Também utilizada em conjunto com
capacete e luva.
85
86
ImmersaDesk
87
Vídeo
88
Spaceballs
Mouse que capta os movimentos no
espaço.
89
Mouses e Joysticks
Mouses 3D possuem a capacidade de
movimentação não apenas em um
plano!!
90
Magellan
91
Workwall
92
93
Dispositivos Hápticos
Estimular sensações como o tato,
tensão muscular e temperatura.
Úteis em simulações em que não existe
informação visual
94
Dispositivos Hápticos
95
Phanton
96
Dispositivos de Rastreamento
(tracking)
Utilizam técnicas eletromagnéticas,
ultrassônicas, mecânicas ou óticas para
o cálculo de posição ou orientação em
relação a um ponto ou estado de
referência.
97
Dispositivos de Rastreamento
98
Linguagens, Bibliotecas e
Ferramentas
99
Linguagens, Bibliotecas e
Ferramentas
Existem várias possibilidades.
Escolha depende principalmente da
finalidade
da
aplicação
a
ser
desenvolvida.
100
OpenGL
Open Graphics Library
É uma biblioteca gráfica de baixo nível,
que oferece ao desenvolvedor um
pequeno
conjunto
de
primitivas
geométricas.
Linguagens de programação C/C++
como base.
101
OpenGL
Se compõe de duas bibliotecas:

Opengl32.lib ou libGL.so e;
 Arquivos com configurações do driver da placa
de vídeo.

OpenGL Utility Library.
 Pode ser glu32.lib, libGLU.so ou libMesaGLU.so
 Oferece funções para o desenvolvimento de
aplicações.
102
OpenGL
Pró

Controle detalhado dos mecanismos de
renderização.
Contra

Complexidade.
103
Um exemplo
Fonte: http://www.neilturner.me.uk/2006/May/08/i_predict_a_teapot.html
104
VRML - Virtual Reality Modeling
Language
A última versão da VRML foi padronizada pela
ISO (ISO/IEC 14772:1997)
É uma linguagem geral para a descrição de
cenas 3D, usando uma grande quantidade de
nós gráficos preestabelecidos.
Nós são organizados em uma estrutura
hierárquica denominada grafo de cena.
105
VRML
Prós


Facilidade de desenvolvimento
Gratuidade
Contras

Sem atualizações
106
Exemplo de Código
#VRML V2.0 utf8
Shape {
appearance Appearance {
material Material { }
}
geometry Box {
size 2.0 2.0 2.0
}
}
107
Um exemplo mais elaborado
108
X3D
Padronizado (ISO/IEC 19775:2004).
Tido como o sucessor da VRML
Sua principal característica é a
capacidade de codificar a cena usando
a sintaxe da XML (eXtensible Markup
Language).
109
Um exemplo
http://www.bitmanagement.com/documents/XML_com%20Extensible%203D%20XML%20Meets%20VRML%20%5BAug_%2006,%202003%5D.htm
110
Java 3D
API inicialmente desenvolvida pela Sun
Microsystems com o objetivo de ser
uma interface para o desenvolvimento e
apresentação de programas em Java
com conteúdo tridimensional.
Também estruturada em grafo de cena.
111
Java 3D
Prós





Implementação somente em Java;
Suporte para aplicações distribuídas;
O modelo de grafo de cena facilita o
entendimento, o reuso, o desenvolvimento e a
manutenção da aplicação;
Suporte para dispositivos não convencionais;
Abstração dos mecanismos de renderização;
112
Java 3D
Contras:




Algumas características oferecidas por linguagens
gráficas mais apuradas como OpenGL podem não
ser alcançadas em Java 3D.
A abstração dos mecanismos de renderização
também pode não ser desejável.
O coletor automático de lixo de Java pode
depreciar o desempenho da cena.
A distribuição da aplicação para os usuários pode
tornar-se difícil.
113
Exemplo de código
import com.sun.j3d.utils.universe.SimpleUniverse;
import com.sun.j3d.utils.geometry.ColorCube;
import javax.media.j3d.BranchGroup;
public class Hello3d {
public Hello3d(){
SimpleUniverse universo = new SimpleUniverse();
BranchGroup grupo = new BranchGroup();
grupo.addChild(new ColorCube(0.3));
universo.getViewingPlatform().setNominalViewingTransform();
universo.addBranchGraph(grupo);
}
public static void main( String[] args ) {
new Hello3d();
}
}
114
Um exemplo
115
ARToolkit
Biblioteca de software da linguagem C e
C++
sob
responsabilidade
da
Universidade de Osaka, no Japão,
apoiada
pelo
Human
Interface
Technology Laboratory (HITLab) da
Universidade de Washington, nos
Estados Unidos e pelo HITLabNZ na
Universidade de Canterbury, na Nova
Zelândia
116
ARToolkit
Oferece um conjunto de funções que realizam
algumas das tarefas mais complexas das
aplicações de RA.
Distribuída livremente para fins não
comerciais sob a licença GNU
É suportado por várias plataformas
Possui uma excelente documentação e;
É utilizada em conjunto com alguns softwares
gráficos.
117
ARToolkit - Funcionamento
118
Exemplos
119
Aplicações
120
Aplicações...
Pode ser aplicada em praticamente
qualquer área do conhecimento:





Medicina
Ensino
Simulação
Visualização de dados
Jogos e Entretenimento...
121
Turismo
122
Indústria
123
Indústria da Construção
124
Visualização
125
Visualização
126
Visualização
127
Simulações
128
Entretenimento
129
Treinamento
130
Treinamento
131
Treinamento
132
Treinamento
133
Auditórios virtuais
134
Sistemas de Manutenção
135
Exemplos
Laboratório Virtual de Química
136
137
Exemplos
Geração de Estruturas de Feto
138
139
Exemplos
Sistema LIBRAS
140
Colocar Figura
141
Exemplos
Sistema de Rastreamento com
Realidade Aumentada
142
143
Demos...
144
The invisible train
145
Race Simulator
146
Intraoperative Augmented Reality Applied
To Laparoscopic Right Adrenalectom
147
Tangible Augmented Reality
Interface for Eletronic Music
148
Handheld Augmented Reality
149
ARMouse
150
ARKeyboard
151
RV Border Guards
Com quicktime
152
Futuro: Hiper Realidade
Perguntas?
154
Realidade Misturada
José Remo F. Brega
Ildeberto A. Rodello
Antonio Carlos Sementille
Silvio Ricardo Rodrigues Sanches
155