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T ÓPICOS DE I NFORMÁTICA A VANÇADA II Realidade Aumentada Prof. Mário Dantas 1.

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Apresentação em tema: "T ÓPICOS DE I NFORMÁTICA A VANÇADA II Realidade Aumentada Prof. Mário Dantas 1."— Transcrição da apresentação:

1 T ÓPICOS DE I NFORMÁTICA A VANÇADA II Realidade Aumentada Prof. Mário Dantas 1

2 2 O QUE É R EALIDADE A UMENTADA ? Uma combinação de uma cena real visualizada por um usuário e uma cena gerada por um computador que aumenta a cena com informações adicionais.

3 O UTRA D EFINIÇÃO É um sistema que suplementa o mundo real com objetos virtuais gerados por computador, parecendo coexistir no mesmo espaço e apresentando as seguintes propriedades: combina objetos reais e virtuais no ambiente real; executa interativamente em tempo real; alinha objetos reais e virtuais entre si; aplica-se a todos os sentidos, incluindo audição, tato e força e cheiro (AZUMA, 2001). 3

4 O BJETIVO É criar um sistema tal que o utilizador não consiga distinguir o mundo real do virtualmente aumentado. 4

5 E XEMPLO 5

6 R EALIDADE A UMENTADA X R EALIDADE V IRTUAL A realidade aumentada e a realidade virtual (BIMBER, 2004) podem ser comparadas da seguinte forma: a realidade aumentada enriquece a cena do mundo real com objetos virtuais, enquanto a realidade virtual é totalmente gerada por computador; no ambiente de realidade aumentada, o usuário mantém o sentido de presença no mundo real, enquanto que, na realidade virtual, a sensação visual é controlada pelo sistema; a realidade aumentada precisa de um mecanismo para combinar o real e o virtual, enquanto que a realidade virtual precisa de um mecanismo para integrar o usuário ao mundo virtual. 6

7 C ONTÍNUO DE R EALIDADE 7

8 R EALIDADE A UMENTADA X H OLLYWOOD M OVIES Muitos dos efeitos especiais recorrem à composição de imagens reais e virtuais Mas: Os efeitos especiais são aplicados quadro a quadro sobre um produto acabado. O espectador não pode interagir com o filme. Não é Realidade Aumentada 8

9 U M S ISTEMA T ÍPICO Tecnologias de Apresentação Simples monitor; HMD; Um Dispositivo de Captação de Imagem (DCI); Um Sistema Gráfico para gerar objectos virtuais; Um Sistema que misture os mundos. Tecnologias de ratreiamento ( Tracking ) Sensores Magnéticos; Sensores Ópticos; Sistemas Gráficos; Sistemas Híbridos. 9

10 Mundo Real C OMPONENTES DE UM S ISTEMA T ÍPICO Câmara Virtual Sistema Gráfico Sistema de Seguimento ( Para alinhar a Câmara Virtual com a Câmara Real ) Objecto Virtual Imagem Real Imagem Virtual Realidade Aumentada 10

11 T IPOS DE S ISTEMAS DE R EALIDADE A UMENTADA Os sistemas de realidade aumentada podem ser classsificados conforme o tipo de display utilizado (AZUMA, 2001): Sistema de visão ótica direta; Sistema de visão direta por vídeo; Sistema de visão por vídeo baseado em monitor; Sistema de visão ótica por projeção. 11

12 S ISTEMA DE V ISÃO Ó TICA D IRETA Sistema de visão ótica direta utiliza óculos ou capacetes, com lentes que permitam o recebimento direto da imagem real, ao mesmo tempo em que permitam a projeção de imagens virtuais devidamente ajustadas com a cena real. 12

13 S ISTEMA DE V ISÃO Ó TICA D IRETA 13

14 S ISTEMA DE V ISÃO Ó TICA D IRETA 14

15 S ISTEMA DE V ISÃO Ó TICA D IRETA 15

16 S ISTEMA DE V ISÃO Ó TICA D IRETA 16

17 S ISTEMA DE V ISÃO D IRETA POR V ÍDEO O sistema de visão direta por vídeo utiliza capacetes com microcâmeras de vídeo acopladas. A cena real, capturada pela microcâmera, é misturada com os elementos virtuais gerados por computador e apresentadas diretamente nos olhos do usuário, através de pequenos monitores montados no capacete. 17

18 S ISTEMA DE V ISÃO D IRETA POR V ÍDEO 18

19 S ISTEMA DE V ISÃO POR V ÍDEO B ASEADO EM M ONITOR O sistema de visão por vídeo baseado em monitor utiliza uma webcam para capturar a cena real; Depois de capturada, a cena real é misturada com os objetos virtuais gerados por computador e apresentada no monitor; O ponto de vista do usuário normalmente é fixo e depende do posicionamento da webcam. 19

20 S ISTEMA DE V ISÃO POR V ÍDEO B ASEADO EM M ONITOR 20

21 S ISTEMA DE V ISÃO POR V ÍDEO B ASEADO EM M ONITOR 21

22 S ISTEMA DE V ISÃO Ó TICA POR P ROJEÇÃO O sistema de visão ótica por projeção utiliza superfícies do ambiente real, onde são projetadas imagens dos objetos virtuais, cujo conjunto é apresentado ao usuário que o visualiza sem a necessidade de nenhum equipamento auxiliar; Embora interessante, esse sistema é muito restrito às condições do espaço real, em função da necessidade de superfícies de projeção. 22

23 S ISTEMA DE V ISÃO Ó TICA POR P ROJEÇÃO 23

24 T IPOS DE S ISTEMAS DE R EALIDADE A UMENTADA Os sistemas de visão direta são apropriados para situações, onde a perda da imagem pode ser perigosa, como é o caso de uma pessoa andando pela rua, dirigindo um carro ou avião; Para locais fechados, onde o usuário tem controle da situação, o uso da visão por vídeo é adequada e não oferece perigo, pois em caso de perda da imagem, pode-se retirar o capacete com segurança, se for o caso; O sistema com visão por vídeo é mais barato e mais fácil de ser ajustado. 24

25 Ó TICO VERSUS V ÍDEO Ótico prós o mundo real é realmente observado em tempo real e directamente pelo olho humano. contras: é mais difícil controlar os desfasamentos (tempo e espaço) porque só o canal virtual é processado electronicamente. conclusão: aparentemente mais simples torna-se de utilização mais limitada; tem sido abandonado em favor do Video. 25

26 Ó TICO VERSUS V ÍDEO Vídeo Prós Podemos compensar o alinhamento e a latência porque tanto o mundo real (video) como o virtual são processados electronicamente. contras: O mundo real observado está sempre atrasado em relação ao mundo real de fato (pelo menos um quadro ou 30 ms). conclusões: Aparentemente mais complexo é mais controlável; Tem ganho preponderância sobre o Ótico. 26

27 R EALIDADE A UMENTADA - A PLICAÇÕES Navegação em espaços desconhecidos Uma simples visão de Raios X Manutenção e reparação Televisão Comércio Militar Projectos de Engenharia Robótica e Telerobótica Medicina 27

28 R EALIDADE A UMENTADA N AVEGAÇÃO EM ESPAÇOS DESCONHECIDOS A imagem virtual pode guiar um bombeiro numa estrutura habitacional desconhecida; 28

29 R EALIDADE A UMENTADA V ISÃO DE R AIOS X A imagem virtual permite ver: A temperatura dos canos; Ou os fios eléctricos; O interior de uma parede; 29

30 Grupo de Steve Feirner - Columbia University KARMA- (Knowledge-based Augmented Reality for Maintenance Assistance) Durante a manutenção duma impressora Laser o utilizador vê como remover tabuleiro de alimentação de papel através da imagem em fio de arame gerada por computador. A PLICAÇÕES DE R EALIDADE A UMENTADA S ISTEMAS DE M ANUTENÇÃO 30

31 A PLICAÇÕES DE R EALIDADE A UMENTADA C OMÉRCIO Decoração de Interiores Superimposição de peças decorativas virtuais nos interiores reais Vestuário Experimentar vestidos virtuais e executar as alterações nesses vestidos Institutos de Beleza Experimentar cortes de cabelo e executá-los sobre o modelo virtual 31

32 R EALIDADE A UMENTADA - M ILITAR Projeção de informação no cockpit de um avião. Sobreposição de imagens virtuais dos alvos no capacete do piloto. Sobreposição de imagens virtuais (captadas por satélite) do inimigo localizado fora do raio de visão no capacete do soldado SIMNET - sistema distribuído de simulação dos jogos da guerra 32

33 A PLICAÇÕES DE R EALIDADE A UMENTADA A NOTAÇÃO E VISUALIZAÇÃO EM P ROJECTOS DE E NGENHARIA European Computer- Industry Research Centre (ECRC) O utilizador aponta para determinada localização e o sistema de RA mostra a respectiva legenda. 33

34 A PLICAÇÕES DE R EALIDADE A UMENTADA A NOTAÇÃO E VISUALIZAÇÃO EM P ROJECTOS DE E NGENHARIA Em sistemas de vigilância de instalações a imagem das camcorder é por vezes indistinta. O seu realce por wireframe ajuda o operador 34

35 A PLICAÇÕES DE R EALIDADE A UMENTADA R OBÓTICA E T ELEROBÓTICA Um operador de telerobótica usa uma imagem visual do espaço de trabalho remoto para conduzir o robô. O aumento da imagem real com o modelo virtual (wireframe) facilita a visualização da geometria 3d remota. 35

36 A PLICAÇÕES DE R EALIDADE A UMENTADA R OBÓTICA E T ELEROBÓTICA O operador testa a operação com a imagem virtual. E manda executar apenas a sequência de passos completa para obtenção dos resultados desejados. 36

37 A PLICAÇÕES DE R EALIDADE A UMENTADA R OBÓTICA E T ELEROBÓTICA 37

38 A PLICAÇÕES DE R EALIDADE A UMENTADA M EDICINA Projeto sobre Cirurgia Guiada por Imagem Uma colaboração entre o Laboratório de IA do MIT e o Laboratório de Planeamento Cirúrgico Feminino de Brigham 38

39 A PLICAÇÕES DE R EALIDADE A UMENTADA M EDICINA 39

40 A PLICAÇÕES DE R EALIDADE A UMENTADA M EDICINA Projecto sobre Cirurgia Guiada por Imagem Objetivo: Suportar cirurgia guiada por imagem Vamos ver: Construção de modelos tridimensionais A sala de operações Digitalização por laser Alinhamento espacial Visualização da Realidade Aumentada 40

41 A PLICAÇÕES DE R EALIDADE A UMENTADA M EDICINA Projecto sobre Cirurgia Guiada por Imagem Construção de Modelos Tridimensionais As estruturas anatómicas que aparecem na RM ou na TC são explicitamente extraídas ou segmentadas antes de serem aplicadas no alinhamento de superficie para visualização 3D 41

42 A PLICAÇÕES DE R EALIDADE A UMENTADA M EDICINA Projecto sobre Cirurgia Guiada por Imagem A sala de operações Braço Articulado Video camera calibrada por laser SUN UltraSPARC workstation Controlador do dispositivo de seguimento Dispositivo de seguimento Digitalizador Laser Hardware do digitalizador lazer 42

43 A PLICAÇÕES DE R EALIDADE A UMENTADA M EDICINA Projecto sobre Cirurgia Guiada por Imagem Digitalização por lazer O modelo 3D obtido a partir da RM é alinhado com a posição do paciente na mesa de operações recorrendo a um digitalizador laser 43

44 A PLICAÇÕES DE R EALIDADE A UMENTADA M EDICINA Projecto sobre Cirurgia Guiada por Imagem Alinhamento espacial O modelo 3D obtido a partir da RM é projetado no cérebro do paciente deitado na sala de operações 44

45 A PLICAÇÕES DE R EALIDADE A UMENTADA M EDICINA Projecto sobre Cirurgia Guiada por Imagem Visualização da realidade Aumentada Removendo a pele do modelo tridimensional obtido a partir da RM o cirurgião passa a dispor de visão de raio X sobre a estrutura interna relativamente à posição da câmera de video 45

46 A PLICAÇÕES DE R EALIDADE A UMENTADA N OTAS F INAIS Várias das aplicações apresentadas dispõem, já de sistemas comerciais em utilização. As principais dificuldades atuais prendem-se com: A precisão da sincronização espacial e temporal da imagem virtual com a real. O seguimento do utilizador e de objetos que se movam na cena real. Os objeto virtuais têm (muitas vezes) uma aparência demasiado simplista 46

47 F ERRAMENTAS ARToolKit: Opera através de técnicas de visão computacional, processamento de imagens e programação; é um software livre implementando pelo Dr. Hirokazu Kato, na Universidade de Washington. ARToolKit Plus: A ARToolKitPlus [WAG08] é uma biblioteca baseada na ARToolKit. Foi desenvolvida pela Graz University Technology e fez parte do projeto Studierstube [SCH96]. 47

48 F ERRAMENTAS ARTag: É um sistema de detecção de marcadores baseado na biblioteca ARToolKit, consiste em uma biblioteca de padrões, que ao serem colocados em uma superfície plana e visualizados por uma câmera de vídeo ou webcam, podem ser precisamente rastreados. Dart: É um conjunto de ferramentas que provêem um desenvolvimento rápido em Realidade Aumentada, e foi desenvolvido pelo GVU Center no Georgia Institute of Technology. 48

49 F ERRAMENTAS OSGART: Facilita o desenvolvimento de aplicações de Realidade Aumentada, ela combina as funções de detecção e rastreamento de marcadores do ARToolKit com as funções para construção de modelos virtuais da biblioteca OpenSceneGraph. 49

50 H IPER - REALIDADE hiper-realidade é a capacidade tecnológica de combinar realidade virtual, realidade física, inteligência artificial e inteligência humana, integrando-as de forma natural para acesso do usuário (TIFFIN, 2001); 50

51 R EFERÊNCIAS 51


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