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Introdução à Realidade Virtual Prof. Dr. Annibal Hetem Jr.

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Apresentação em tema: "Introdução à Realidade Virtual Prof. Dr. Annibal Hetem Jr."— Transcrição da apresentação:

1 Introdução à Realidade Virtual Prof. Dr. Annibal Hetem Jr.

2 Realidade Virtual: A forma mais avançada de interface do usuário de computador até agora disponível. Aplicação na maioria das áreas do conhecimento.

3 Realidade Virtual: Uma técnica avançada de interface, onde o usuário pode realizar imersão, navegação e interação em um ambiente sintético tridimensional gerado por computador, utilizando canais multi- sensoriais.

4 Realidade Virtual: Realidade virtual é uma forma das pessoas visualizarem, manipularem e interagirem com computadores e dados extremamente complexos"

5 Uma Breve História da Realidade Virtual A introdução do cinerama e cinemascope, em meados da década de 50 é considerada uma das primeiras experiências em obtenção de realismo artificial.

6 Morton Heilig (um cineasta) em 1956 desenvolveu um simulador baseado em vídeo denominado sensorama, que permitia ao usuário expor-se a uma combinação de visão tridimensional, som estéreo, vibrações, sensações de vento e de aromas num passeio simulado de motocicleta por Nova York. precursor da imersão do usuário num ambiente sintético. Uma Breve História da Realidade Virtual

7 Em 1961, Comeau e Bryan: o primeiro sistema de circuito fechado de televisão com o visor montado num capacete, produzido (Philco). O sistema tinha um rastreador de posição no capacete e permitia ao usuário controlar remotamente uma câmera de televisão a partir dos seus movimentos da cabeça. Uma Breve História da Realidade Virtual

8 Em 1968, Ivan Sutherland construiu (Universidade de Harvard) o primeiro capacete de visualização com imagens geradas por computador, incorporando um sistema de rastreamento da posição da cabeça. Esse trabalho é considerado o marco inicial da imersão em ambiente virtual e início da realidade virtual. Uma Breve História da Realidade Virtual

9 Em 1977 e 1982: as 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. Uma Breve História da Realidade Virtual

10 1987: a empresa VPL Research Inc, da qual Zimmerman foi um dos fundadores colocou pela primeira vez produtos de realidade virtual no mercado com a comercialização da luva "Data Glove". Em seguida, a empresa também passou a vender um capacete de visualização chamado "Eye Phones". Uma Breve História da Realidade Virtual

11 A partir daí, o avanço das pesquisas, o elevado interesse industrial, o crescimento das aplicações e um número crescente de usuários vêm provocando um crescimento enorme na demanda de componentes e produtos de realidade virtual e uma redução rápida nos preços, movimentando um mercado multi-milionário de crescimento extraordinário. Uma Breve História da Realidade Virtual

12 O que se deseja... controle tridimensional altamente interativo O usuário entra no espaço virtual das aplicações e visualiza, manipula e explora os dados da aplicação em tempo real, usando seus sentidos Vantagem: o conhecimento intuitivo do usuário a respeito do mundo físico pode ser transferido para manipular o mundo virtual.

13 Conceitos Básicos: Imersão Interação Envolvimento

14 Imersão Sensação de se estar dentro do ambiente. Capacete de visualização Salas com projeções Som Posicionamento automático Controles reativos A visualização tridimensional através de monitor é considerada não imersiva.

15 Interação Capacidade do computador detectar as entradas do usuário e modificar instantaneamente o mundo virtual. As pessoas participam da simulação e de assistem as cenas mudarem em resposta aos seus comandos. Característica mais marcante nos video-games.

16 Envolvimento Passivo: ler um livro ou assistir televisão Ativo: participar de um jogo A realidade virtual tem potencial para os dois tipos de envolvimento ao permitir a exploração de um ambiente virtual e ao propiciar a interação do usuário com um mundo virtual dinâmico. Grau de engajamento de uma pessoa com determinada atividade.

17 Realidade Virtual Imersiva e Não Imersiva Dispositivos baseados nos outros sentidos dão maior grau de imersão à realidade virtual.

18 Realidade Virtual Imersiva e Não Imersiva Realidade virtual com monitor apresenta ainda assim alguns pontos positivos como: utilizar todas as vantagens da evolução da indústria de computadores; evitar as limitações técnicas e problemas decorrentes do uso de capacete; e facilidade de uso.

19 Tipos de Sistemas com Interfaces Não Convencionais Sistemas de Ação Ambiente Real Sensação Ação Visão Humana Visão Técnica Sistemas de Percepção Usuário O ambiente é composto pelo espaço físico, funções, processos, equipamento e conceitos. Ele é responsável por responder às ações do usuário com os estímulos que vão provocar a sensação. ENTÃO: o ambiente compõe-se dos espaços real e artificial.

20 Sistemas de Telepresença Uma pessoa está objetivamente presente num ambiente real, mas este ambiente está separado fisicamente da pessoa no espaço.

21 Sistemas de Telepresença

22 Sistemas de Telepresença: teleoperação Sistemas de Ação Interface Homem-Máquina Sensação Ação Visão HumanaVisão Técnica Sistemas de Percepção Usuário Robô Ambiente Real Sensação Ação Sinais Sensoriais Sinais de Controle

23 Sistemas de Realidade Virtual Um usuário + uma interface homem-máquina + um computador O usuário participa de um mundo virtual gerado no computador, usando dispositivos sensoriais de percepção e controle. Um ambiente virtual pode ser projetado para simular tanto um ambiente imaginário quanto um ambiente real.

24 Sistemas de Realidade Virtual Sistemas de Ação Interface Homem-Máquina Sensação Ação Sistemas de Percepção Usuário Ambiente Virtual (simulação) Sinais de Controle Sinais Sensoriais

25 telepresença versus realidade virtual Diferença: atuação sobre o ambiente. Muitas vezes, as transferências de informações podem ser reduzidas a dados de posicionamento.

26 Sistema de Realidade Aumentada É uma combinação da visão do ambiente real com o ambiente virtual. telepresença + realidade virtual Óculos ou capacete com visor semitransparente, a visão do ambiente real é ser sobreposta com a informação do ambiente virtual. Coletar a imagem real com uma câmera de vídeo e misturar com a imagem virtual Ponto crítico: superposição exata do mundo virtual com o mundo real.

27 Sistemas de Ação Interface Homem-Máquina Sensação Ação Sistemas de Percepção Usuário Robô Ambiente Real Sensação Ação Sinais de Controle Ambiente Virtual Sensação Ação Sinais Sensoriais AçãoSensação

28 Sistema de Realidade Melhorada É uma variação do sistema de realidade aumentada Um sistema de processamento de imagem gera informações adicionais para serem sobrepostas à imagem real. O resultado final pode ser tanto uma melhoria espectral quanto espacial Transformações sobre a imagem. Anotações sobre a imagem.

29 Modelos de Interação do Usuário Associado a Ambientes Virtuais Mundo Real Usuário Ambiente Virtual Percepção direta Ação direta Sensação Ação Sensação Ação

30 Modelos de Interação do Usuário: Espectador Mundo Real Usuário Ambiente Virtual Sensação Ação Sensação

31 Modelos de Interação do Usuário: Participação Real Mundo Real Usuário Ambiente Virtual Sensação Ação Sensação Ação

32 Modelos de Interação do Usuário: Participação Simulada Mundo Real Usuário Ambiente Virtual Sensação Ação

33 Modelos de Interação do Usuário: Supervisão Mundo Real Usuário Ambiente Virtual Sensação Ação Sensação Ação

34 Localizador de áudio Sintetizador de áudio Geração de Ambientes Virtuais no Computador Gerador do Ambiente Virtual Reconhecedor de fala Visores eletrônicos Capacete de Visualização Dispositivos de tato e força Sistema de tato e força Rastreadores (cabeça, mão e olhos) Banco de dados

35 Computação de alto desempenho O banco de dados relativo ao mundo virtual. descrição dos objetos do ambiente virtual descrição dos movimentos dos objetos comportamentos efeitos físicos As imagens devem ser geradas com um atraso aceitável As características sensoriais deverão ser tratadas em tempo real necessidade da imersão Geração de Ambientes Virtuais no Computador

36 Modelagem de Mundos Virtuais Sistema RV Restrições Cinemáticas Segmentação do Modelo Modelagem Física Simulação em Tempo Real Mapeamento de E/S Modelagem Acústica Modelagem Geométrica

37 A descrição da forma dos objetos virtuais através de polígonos, triângulos ou vértices, e sua aparência, usando textura, reflexão da superfície, cores, etc. Bibliotecas gráficas e programas: GL, POV-Ray, AutoCAD, 3-D Studio. A aparência dos objetos esta relacionada com as características de reflexão da superfície e com sua textura. A textura: mapeamento de um padrão de textura do espaço bidimensional sobre os objetos tridimensionais.

38 Modelagem Cinemática...deve ser possível pegar o objeto, alterar sua posição, mudar a escala, detectar colisões e produzir deformações na superfície Coordenadas locais + coordenadas gerais + matrizes de transformação. Detecção de colisão: devem ser em tempo real abordagem hierárquica: os objetos irregulares ou não são envolvidos por sólidos simples como esferas ou paralelepípedos e faz-se uma análise de interferência ou sobreposição Como resultado de uma colisão poderá ocorrer deformação nos corpos envolvidos, ou uma explosão.

39 Modelagem Física os objetos virtuais precisam comportar-se como se fossem reais O objetos virtuais deverão ser modelados fisicamente especificação de suas massas, pesos, inércia, texturas (lisas ou ásperas), deformações (elásticas ou plásticas), etc. Essas características, juntas com a modelagem geométrica e com as leis de comportamento, determinam uma modelagem virtual próxima da realidade. A simulação mecânica do mundo virtual, para ser realista, deverá ser executada de maneira confiável, contínua, automática e em tempo real.

40 Modelagem Física

41 Comportamento do Objeto Modelagem de outros comportamentos Agentes inteligentes independentes Pode ser necessário acessar sensores externos.

42 Segmentação e Alteração de Detalhes A modelagem geométrica e física de mundos virtuais com muitos objetos deverá resultar em um modelo muito complexo, difícil e caro de ser mostrado. O problema da complexidade pode ser contornado por segmentação do mundo.

43 Segmentação e Alteração de Detalhes Divisão do mundo geral em mundos menores,de forma que somente os objetos do mundo menor sejam mostrados. Objetos que estejam movendo-se rapidamente, não conseguem ser vistos claramente. representar os objetos rápidos de maneira simplificada Pré-computação: mapear previamente texturas complexas.

44 Plataformas para Aplicação de Realidade Virtual Variam desde sistema baseados em microcomputadores, passando por estações de trabalho e máquinas paralelas, até sistemas distribuídos. Os requisitos de sistemas de realidade virtual, devem ser satisfeitos nessa plataforma, cuja busca é sempre pela melhor qualidade possível. Isto depende não só do valor do investimento a ser feito, mas também de uma boa escolha do conjunto.

45 Plataformas Baseadas em Estações de Trabalho Superioridade de características como capacidade computacional, capacidade gráfica, espaço em disco, e velocidade de comunicação. A grande maioria das estações de trabalho são voltadas para as mais variadas aplicações, de forma que, para serem usadas em realidade virtual, devem ser compostas com interfaces e dispositivos adequados. Grande variação de produtos e preços, envolvendo hardware e software para estações. Silicon Graphics, Sun, DEC, IBM, HP, microcomputadores com aceleradores gráficos.

46 Quem trabalha com realidade virtual tem boa cabeça...

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51 PERGUNTAS?


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