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T ÓPICOS DE I NFORMÁTICA A VANÇADA II Dispositivos de Realidade Virtual Entrada e Saída Prof. Mário Dantas 1.

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1 T ÓPICOS DE I NFORMÁTICA A VANÇADA II Dispositivos de Realidade Virtual Entrada e Saída Prof. Mário Dantas 1

2 D ISPOSITIVOS DE R EALIDADE V IRTUAL O usuário entra no espaço virtual das aplicações e visualiza, manipula e explorar os dados da aplicação em tempo real, usando seus sentidos, particularmente os movimentos naturais tridimensionais do corpo. 2

3 D ISPOSITIVOS DE R EALIDADE V IRTUAL 3 Casulo virtual – estimula os cinco sentidos do usuário

4 1. D ISPOSITIVOS DE SAÍDA DE DADOS A maioria das aplicações de RV é baseada no isolamento dos sentidos, principalmente a visão. Assim, cabe ao hardware de RV de saída de dados estimular tais sentidos. 4

5 1.1. D ISPOSITIVOS CONVENCIONAIS DE SAÍDA DE DADOS Destinados à visualização e análise de sistemas de propósito geral; Monitor de vídeo, impressoras, autofalantes, etc; Contribuiem para o desenvolvimento de ambientes interativos e semi-imersivos; Não são capazes de prover realismo e o envolvimento. 5

6 1.2. D ISPOSITIVOS NÃO - CONVENCIONAIS DE SAÍDA DE DADOS São responsáveis em fornecer grande parte do efeito imersivo ao sistema de RV; São capazes de transpor o usuário à cena sintética, tornando real sua experiência 6

7 H EAD M OUNTED D ISPLAYS (HMD S ) Isola o usuário do mundo real; Constituído de uma ou duas minúsculas telas e um conjunto de lentes especiais; As lentes ajudam a focalizar imagens que estão a alguns milímetros dos olhos; Também funcionam como dispositivos de entrada; Usam três tipos de telas: os monitores de TV (CRT), os monitores de cristal líquido (LCD), os mais usados atualmente, e os de diodo emissores de luz orgânicos (OLED). 7

8 D ISPLAYS CRT Podem exibir imagens de alta resolução (1280x1024 pixels ); Qualidade de cor excelente; São relativamente pesados e volumosos; Colocam altas voltagens muito próximas à cabeça do usuário (> 100v); Os HMDs CRT usam dois Monitores de Raios Catódicos que são posicionados nas laterais; 8

9 D ISPLAYS CRT Canhão de Elétrons Telas fosforescentes 9

10 D ISPLAYS LCD São leves e podem ser usados com pequenas voltagens (entre 20 e 100v); Sua resolução espacial em monitores pequenos pode variar desde extremamente baixa VGA (640x480 pixels ), até uma amostragem satisfatória SXGA (1280x1024 pixels ); Este tipo de HMD usa tecnologia LCD para exibir a cena, através da emissão de luz polarizada por um material de cristal líquido. 10

11 D ISPLAYS LCD Camadas de vidro Filtro vertical Filtro horizontal Moléculas de cristal Filtro de cor 11

12 D ISPLAYS LCD Telas LCD Headphones 12

13 D ISPLAYS OLED São baseados em diodos orgânicos emissores de luz; Não necessitam de luz traseira para funcionar, Um menor consumo de energia à baixa voltagem; 13

14 P ROJETORES Atualmente existem três tipos de projetores: CRT, LCD e DLP ( Digital Light Processing ); Os projetores CRT possuem três canhões de elétrons, responsáveis pela geração das três componentes de cores primarias; A imagem é projetada com o auxílio de lentes na tela de projeção; Os projetores baseados em sistemas LCD sempre possuem uma matriz ativa; 14

15 P ROJETORES Já os projetores DLPs utilizam semicondutores óticos para a manipulação digital da luz, dividida em três fases: semicondutor, onde o processo de acender um pixel ocorre pela movimentação de micro-espelhos posicionados em uma malha retangular; imagem cinza, obtida pela freqüência de movimentação dos micro-espelhos ao serem atingidos pela luz; e adição de cor, obtida pela utilização de máscaras, semelhante aos LCDs. 15

16 P ROJETORES Esquema de Projetor DMD 16

17 P ROJETORES Esquema de Projetor DMD 17

18 P ROJETORES 18

19 W ORKBENCHS E CAVE S Com o emprego de projetores, múltiplas telas de projeção e espelhos, é possível criar as mais variadas configurações de ambientes de visualização para RV, como as Responsive Workbenchs e CAVEs; A Responsive Workbench (bancada interativa de trabalho) é um espaço interativo e tridimensional, onde imagens estereoscópicas são projetadas em um topo de mesa horizontal, utilizada como superfície de visualização. 19

20 W ORKBENCHS E CAVE S 20

21 W ORKBENCHS E CAVE S 21

22 W ORKBENCHS E CAVE S 22

23 W ORKBENCHS E CAVE S 23

24 W ORKBENCHS E CAVE S A CAVE ( Cave Automatic Virtual Environment ) trata- se de uma sala cujas paredes, teto e chão são superfícies de projeção; A geração de uma perspectiva do usuário em uma CAVE não é um problema simples e deve ser calculada com base na posição do usuário, a rotação sua cabeça e a tela de projeção; Atualmente, tanto as Workbenchs quanto as CAVEs são utilizadas nas mais diversas áreas, científicas ou não, tais como a medicina e a indústria automotiva; 24

25 W ORKBENCHS E CAVE S 25

26 W ORKBENCHS E CAVE S 26

27 W ORKBENCHS E CAVE S 27

28 W ORKBENCHS E CAVE S 28

29 W ORKBENCHS E CAVE S 29

30 W ORKBENCHS E CAVE S 30

31 W ORKBENCHS E CAVE S 31

32 D ISPOSITIVOS H ÁPTICOS Estimulam senções de tato, tensão, e temperatura; Existem duas classes de dispositivos hápticos: reação tátil e reação de força; Reação Tátil: Além da sensação de toque, também oferecem percepção geométrica, rugosidade, temperatura, atrito. Reação de Força: Oferecem sensação de força, peso e presão; Usam uma espécie de exoesqueleto mecânico. 32

33 D ISPOSITIVOS H ÁPTICOS Sensor ARM 33

34 D ISPOSITIVOS H ÁPTICOS Sensable Phantom Omni 34

35 D ISPOSITIVOS H ÁPTICOS Sensable Phantom Omni 35

36 2. D ISPOSITIVOS DE ENTRADA DE DADOS Os dispositivos de entrada permitem o envolvimento do usuário e sua interação com o ambiente virtual; Podem ser divididos em duas categorias: dispositivos de interação e dispositivos de trajetória; 36

37 2. D ISPOSITIVOS DE ENTRADA DE DADOS Os dispositivos de interação permitem ao usuário a movimentação e manipulação de objetos no mundo virtual (mouse, teclado, joysticks). Já os dispositivos de trajetória, por sua vez, monitoram partes do corpo do usuário, detectando seus movimentos e criando a sensação de presença no mundo virtual (dispositivos de rastreamento). 37

38 2.1. D ISPOSITIVOS DE CONVENCIONAIS DE ENTRADA DE DADOS Os dispositivos de convencionais de entrada são periféricos de usabilidade comum, destinados a usuários comuns e sistemas de propósito geral; São eles: teclado, mouse, trackballs, digitalizadores de mesa ( scanners ), canetas digitais e microfones. 38

39 2.2. D ISPOSITIVOS NÃO - CONVENCIONAIS DE ENTRADA DE DADOS : R ASTREADORES E L UVAS D IGITAIS Os dispositivos de rastreamento permitem ao usuário interagir com os objetos da cena virtual através de comportamentos interativos de manipulação direta (behaviors); As luvas digitais também são dispositivos de entrada e dão suporte aos vários sensores, mecânicos, óticos, acústicos, inerciais e magnéticos; 39

40 2.2. D ISPOSITIVOS NÃO - CONVENCIONAIS DE ENTRADA DE DADOS : R ASTREADORES E L UVAS D IGITAIS 40 VirtuSphere

41 R ASTREAMENTO POR CAMPO MAGNÉTICO O princípio consiste em emitir três impulsos de rádio que geram um campo magnético; O usuário tem a mesma configuração de antenas como o emissor; A forca global das três antenas do receptor dará a distância relativa da fonte emissora; 41

42 R ASTREAMENTO POR CAMPO MAGNÉTICO A presença de objetos metálicos na área provoca interferências na transmissão; o sistema é restrito a pequenos espaços, no máximo 3 metros; Os movimentos são então interpretados por software ; Alguns modelos podem ainda fornecer feedback; velocidade de captura varia de 100 a 200 leituras por segundo. 42

43 R ASTREAMENTO M ECÂNICO 43 5DTGlove com sensores magnéticos

44 R ASTREAMENTO POR CORRELAÇÃO ÓPTICA Este método utiliza-se de análise estereoscópica, correlacionando pixels comuns a duas imagens, vistas por 2 câmeras offset; Este dispositivo de rastreamento é livre de interferências; Sua velocidade depende muito do sensor empregado; No caso de uma câmera padrão NTSC ( National Television System(s) Committee ), a velocidade de captura de imagens é 30 quadros por segundo. 44

45 R ASTREAMENTO POR CORRELAÇÃO ÓPTICA 45 Vestimenta de nylon LED emissores para correlação Impulse Glove com rastreamento óptico

46 R ASTREAMENTO M ECÂNICO Este dispositivo baseia-se no princípio de medição de ângulos e distancias entre juntas; Os rastreadores podem estar presos ao chão ou mesmo anexos ao corpo do usuário, na forma de exoesqueleto; Suas vantagens encontram-se na facilidade de implementação de feedback de força; Baixo tempo de resposta (200ms). 46

47 47 Vestimenta de nylon Sensores de dobra luva digital com sensores mecânicos

48 R ASTREAMENTO A CÚSTICO Utilizam ondas sonoras ultra-sônicas para medir distância; utiliza-se apenas um par emissor/receptor para fornecer a distância de um objeto em relação a um ponto fixo; três pares fornecem a posição exata do periférico; 48

49 R ASTREAMENTO A CÚSTICO Quanto à precisão, o rastreador acústico provê um atraso devido à espera do sinal, dependente da baixa velocidade do som ; Paralelamente, o desempenho do dispositivo é degradado em ambiente ruidoso e sob caminho obstruído entre os altofalantes e microfones; Devido a estas restrições de interferência, a distância entre receptor e transmissor não deve ultrapassar 15 metros; 49

50 R ASTREAMENTO A CÚSTICO 50 Vestimenta de nylon Sensores de acústicos Luva digital com rastreamento acústico

51 R ASTREAMENTO I NERCIAL Os dispositivos de rastreamento inerciais têm seu princípio de funcionamento baseados na segunda lei de Newton; Possui três variantes de sensores: os magnetômetros passivos, que medem o campo magnético do ambiente e fornece medidas angulares; os girômetros, que fornecem apenas medidas angulares; os acelerômetros, que fornecem medidas lineares; 51

52 R ASTREAMENTO I NERCIAL Livre de interferências, pois o sistema é auto contido; Livre de restrições físicas, limitado apenas pela conexão entre o dispositivo e o computador. 52

53 R ASTREAMENTO I NERCIAL 53 CyberGlove com sensores inerciais Vestimenta de nylon ou couro Sensor Inercial

54 R EFERÊNCIAS Extraído do item 1.4 do e-book APLICAÇÕES DE REALIDADE VIRTUAL E AUMENTADA disponível em acessado em 20 de jan de


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