Revisão dos Dispositivos de Visualização para Realidade Virtual

Apresentação em tema: "Revisão dos Dispositivos de Visualização para Realidade Virtual"— Transcrição da apresentação:

1 Revisão dos Dispositivos de Visualização para Realidade Virtual
Mestrando: Jeferson Luiz Curzel Prof.: Marcelo da Silva Hounsell Maio 2006

2 Classificação Não Interativos Não Imersivos Semi Imersivos Imersivos
Visualização / História Não Imersivos Ainda vê o mundo real Semi Imersivos Sobreposição virtual com o Real Imersivos Oclusão do mundo real

3 Não Interativos

4 Panorama DESCRIÇÃO O primeiro panorama surgiu em 1787, sendo patenteado por Robert Baker, nesse tempo, era uma forma extremamente popular de representação da natureza e de eventos históricos. O panorama é um tipo de pintura mural construída ao redor de uma plataforma circular onde os espectadores podem olhar em qualquer direção e ver uma cena como se estivessem no seu interior (Matos, 97)

5 Panorama PANORAMA

6 Panorama CARACTERÍSTICAS
Os panoramas eram normalmente construídos em prédios com dois ou três andares, de modo que os espectadores pudessem passar por ambientes diferentes (Comment, 1993). Assim os espectadores poderiam caminhar por cenas diferentes. Apesar de não utilizar nenhuma técnica computadorizada o primeiro panorama construído chegava a proporcionar imersão aos usuários.

7 Sensorama DESCRIÇÃO Em 1956, Morton Heilig (um cineasta) desenvolveu um simulador baseado em vídeo denominado sensorama, o equipamento já utilizava um dispositivo para visão estereoscópica, sendo um dos primeiros sistemas multisensoriais de realidade virtual. Embora o invento não tenha tido sucesso comercial, ele foi o precursor da imersão do usuário num ambiente sintético.

8 Sensorama SENSORAMA

9 Sensorama CARACTERÍSTICAS
O Sensorama era uma espécie de cabine que combinava filmes 3D, som estéreo, vibrações mecânicas, aromas, e ar movimentado por ventiladores; tudo isso para proporcionar ao espectador uma viagem multisensorial (Pimentel, 1995). Dentro de uma pequena cabine, o espectador se senta numa motocicleta, tendo a sensação de realizar um passeio, graças à utilização de loops de filmes, com direito a movimentos no assento, som estereofônico, odores e outros efeitos especiais.

10 Visão Estereoscópica

11 Visão Estereoscópica

12 Não Imersivos

13 DESKTOP DESCRIÇÃO Dispositivos Desktop, são baseado em PC tem baixo custo de aquisição, onde o usuário individualmente pode visualizar ambientes virtuais, dando um baixo grau de imersão. Este sistema permite que os usuários experimentem visualizar imagens 3D que, envolve a vista, o som e a interação em tempo real.

14 DESKTOP DESKTOP

15 DESKTOP CARACTERÍSTICAS
As imagens são projetadas no monitor CRT ou LCD, a interação e a navegação são conseguidos através dos dispositivos de entrada avançados, tais como as luvas. O participante pode interagir com o ambiente virtual através de ícones que permitem o usuário participar do ambiente. O baixo grau de imersão obtido com este dispositivo se deve ao fato da pequena tela de visualização das imagens, campo de visão reduzido e restrição aos movimentos do usuário.

16 MULTI DESKTOP DESCRIÇÃO
O princípio é o mesmo visto anteriormente, porém utiliza 3 monitores, cada um com uma imagem diferente, dispostos de forma a ter uma imagem panorâmica.

17 MULTI DESKTOP Exemplo

18 MULTI DESKTOP CARACTERÍSTICAS
As imagens são projetadas no monitor CRT ou LCD, a interação e a navegação são conseguidos através dos dispositivos de entrada avançados, tais como as luvas. O participante pode interagir com o ambiente virtual através de ícones que permitem o usuário participar do ambiente.

19 WINDOW VR DESCRIÇÃO É composto de um display com planos e tamanhos e resoluções variadas, traçadores de posição e orientação e um conjunto de controles de navegação acoplado. Dispensando o uso de HMD, este sistema foi planejado para que o usuário possa interagir de forma natural e intuitivamente sem qualquer tipo de instrução prévia e sem perda de tempo com ajustes de botões.

20 WINDOW VR Window VR

21 WINDOW VR CARACTERÍSTICAS Display: 15” XGA (1024x768) / 17” SXGA (1280x1024) / 21” (1600x1200); Traçador: 3 DOF / 6 DOF; Navegação: Controles de mão com botões emuladores de teclado, spaceball, joystick. É touchscreen.

22 PROJEÇÃO ESTEREOSCÓPICA PASSIVO
DESCRIÇÃO Estereoscopia Passiva por Anáglifo Anáglifo é o nome dado a figuras planas cujo relevo se obtém por cores complementares, normalmente vermelho e verde. Nesse caso, cada um dos olhos utiliza um filtro diferente para visualizar as imagens do par estereoscópico: o olho que estiver com o filtro vermelho refletirá apenas a cor vermelha e o olho que estiver com o filtro verde refletirá apenas a imagem verde. Assim, as duas imagens são separadas na observação e fundidas em uma única imagem 3D preto e branco. A partir dessas duas imagens, o cérebro reconstitui o relevo. Vista a olho nu, a imagem é desfocada e colorida (Machado, 2003).

23 PROJEÇÃO ESTEREOSCÓPICA PASSIVO
Exemplos

24 Efeito

25 PROJEÇÃO ESTEREOSCÓPICA PASSIVO
CARACTERÍSTICAS As vantagens desse tipo de estéreo são: Necessita apenas de um projetor ou monitor; Pode ser impressa; Baixo custo dos óculos. Desvantagem principal Perda de qualidade que a coloração impõe.

26 PROJEÇÃO ESTEREOSCÓPICA ATIVO POR POLARIZAÇÃO
DESCRIÇÃO Estereoscopia Ativa por Polarização da Luz No processo de estereoscopia por polarização da luz, são utilizados filtros polarizadores, os quais fazem com que as imagens projetadas do par estereoscópico sejam polarizadas em planos ortogonais (por exemplo, um plano vertical e um horizontal). Dessa forma, o observador utiliza filtros polarizadores ortogonais correspondentes aos planos de projeção e vê com cada olho apenas uma das imagens projetadas. Da fusão das imagens vistas por cada olho, resultará a visão estereoscópica (Machado, 2003).

27 PROJEÇÃO ESTEREOSCÓPICA ATIVO POR POLARIZAÇÃO
Exemplo

28 PROJEÇÃO ESTEREOSCÓPICA ATIVO POR POLARIZAÇÃO
CARACTERÍSTICAS Necessita de dois projetores; Não pode ser impressa; Óculos com lentes polarizadas. Não há perda de qualidade.

29 PROJEÇÃO ESTEREOSCÓPICA ATIVO POR SHUTTER GLASSES
DESCRIÇÃO Estereoscopia Ativa por shutter glasses Baseia-se no fato de que o sistema reage (ativo) ao deslocamento que o usuário possa vir a ter dentro do sistema. Através de dispositivos sincronizadores (emissores/receptores), o sistema verifica se a posição do usuário mudou no ambiente e gera duas novas imagens, de forma que o usuário não as perceba (Santos, 2001:45)

30 PROJEÇÃO ESTEREOSCÓPICA ATIVO POR SHUTTER GLASSES
Exemplos

31 Shutter Glasses Óculos Obituradores

32 MONITOR ESTEREOSCÓPICO ATIVO POR SHUTTER GLASSES
CARACTERÍSTICAS Segundo essa técnica, o observador, ao visualizar a tela do computador deve utilizar óculos especiais, cujas lentes são feitas de cristal líquido. As lentes podem ficar instantaneamente transparentes ou opacas de acordo com um controle eletrônico que é sincronizado com o sinal de vídeo, de acordo com a imagem que está sendo exibida (olho esquerdo ou olho direito). O resultado é que cada olho enxerga uma imagem difetente, resultando no efeito estereoscópico (Kirner e Tori, 2006:199)

33 MONITORES AUTOESTEREOSCÓPICOS
DESCRIÇÃO Nos displays autoestereoscópicos, as visões esquerda e direita são multiplexadas espacialmente, permitindo ao observador visualizar uma imagem tridimensional sem a necessidade de óculos especiais. Cada imagem do par estéreo é segmentada e exibida nas colunas pares e ímpares do monitor. Cada segmento é direcionado para o olho do observador por meio de uma película lenticular colocada na superfície do monitor (Kirner e Tori, 2006:201)

34 MONITORES AUTOESTEREOSCÓPICOS
Auto estereoscopia

35 MONITORES AUTOESTEREOSCÓPICOS
CARACTERÍSTICAS

36 VISIO STATION DESCRIÇÃO
Este sistema desktop baseia-se em uma tecnologia de visualização hemi-esférica de 2,7 metros de diâmetro que envolve um reduzido número de usuários em um ambiente completamente imersivo. Projetado pela Elumens ( este sistema de visualização combina algoritmos tridimensionais com um projeto proprietário de lentes óticas a fim de projetar na tela de visualização, imagens tridimensionais geradas por computador e sem distorções.

37 VISIO STATION Visio Station

38 VISIO STATION CARACTERÍSTICAS Tela de 180 graus,
um projetor com capacidade de resolução de 1024x768 pixels, e um conjunto de programas que transformam as imagens bi-dimensionais criadas através de programas como o 3D Studio Max e o 3D Studio Viz, em uma experiência imersiva. Peso: 150 libras (68,04 Kg) Dimensões físicas: Profundidade: 41” (104 cm) Altura: 63” (160 cm) Largura: 65” (165 cm)

39 MESA DE VISUALIZAÇÃO DESCRIÇÃO
Em uma mesa de visualização a imagem é projetada em um plano horizontal, podendo para isso ser utilizado um espelho para reflexão da imagem do monitor de vídeo ou o próprio monitor posicionado com a tela para baixo. O objetivo das mesas de visualização é oferecer maior realismo, aumentando o grau de imersão do usuário do ambiente virtual do simulador. No caso de aplicações em cirurgia, as mesas apresentam como principal vantagem o posicionamento do usuário diante do simulador de modo similar ao adotado durante a realização do procedimento real, colocando-o em uma posição mais confortável e realista (Machado, 2003:90-91).

40 16) MESA DE VISUALIZAÇÃO Exemplo

41 MESA DE VISUALIZAÇÃO CARACTERÍSTICAS
Tipo de dispositivo: Phantom Desktop ou Phantom Premium 1.5; Resolução de posicionamento: 0,02 mm a 0,03 mm; Espaço de trabalho: 16 x 13 x 13 cm ou 19 x 27 x 38 cm; Força máxima obtida: 6,4 ou 8,5 Newton (1.45 lb a 1,9 lb); Efetivador final: Stylus – 6 DOF ou 3 DOF feedback de força.

42 Immersa Desk DESCRIÇÃO
Desenvolvido em 1994 pela Universidade Illinois, possui uma tela grande de 67” x 50”, que pode ser inclinada a um ângulo de 45º. Este dispositivo permite que até 5 usuários, utilizando óculos ativos, possam visualizar o ambiente virtual, as imagens estereoscópicas são projetadas em alta resolução. O tamanho da tela do ImmersaDesk é suficiente para encher o campo visão do usuário, criando um campo visual horizontal de aproximadamente 110 graus. O ângulo de inclinação de 45º permite que o usuário possa olhar para frente e também para baixo.

43 Immersa Desk Exemplo

44 Immersa Desk CARACTERÍSTICAS
O sistema de projeção é composto por projetores que ficam situados debaixo da tela de projeção,espelhos são utilizados para auxiliarem na projeção das imagens.

45 DVQI DESCRIÇÃO A idéia é desenvolver um dispositivo (tela ampla), para visualização de AV, onde imagens serão projetadas através de uma técnica denominada multi-resolução (uma mesma imagem possui diferentes densidades de pixels), tal como a visão humana faz, ao captar a luz do ambiente e formar uma imagem na retina.

46 DVQI DVQI

47 DVQI CARACTERÍSTICAS Funcionamento:
Replicar o funcionamento da visão humana, utilizando a técnica de multi-resolução. Tela: Plana (Material translúcido); Larga escala (2 X 1.8 m); Anteparo preto Sistema de Projeção: Projeção traseira; Projetores: 1 Área Central – (1024 X 768 X 32 bits) Restante – (640 X 480 X 16 bits)

48 CONCAVES DESCRIÇÃO Um software mapeia volumes no sistema criando imagens tridimensionais que se estendem do chão até o teto e de lado a lado. O segredo do sistema são as vistas tridimensionais em perspectivas que geram um senso de estereoscopia sem a necessidade de óculos estéreos. O sistema requer um hardware com muito menos recursos computacionais por não usar estereoscopia, ou seja, o computador não precisa redesenhar duas vezes a mesma imagem, e também por usar apenas um projetor (Santos, 2001).

49 CONCAVES Exemplo

50 CONCAVES CARACTERÍSTICAS
Vistas planares com até 7,6 metros de área de visão. Usuários: até 12 pessoas. Não requer uso de óculos estereoscópicos Somente um projetor.

51 WALLS DESCRIÇÃO POWERWALL é uma tela gigante de retro-projeção com multicanais, suas dimensões generosas, que através da utilização de óculos especiais, envolvem o espectador num ambiente virtual. Reflexões de iluminação e dispersões de superfície podem ser analisadas tão perfeitamente como em modelos reais.

52 WALLS Walls (Retas)

53 WALLS Walls (Curvas)

54 WALLS CARACTERÍSTICAS
Tela de projeção: As bordas das telas são perfeitamente encaixadas, ou se combinam, umas nas outras para criar uma imagem sem emendas e de alta resolução; Estrutura: Sua estrutura consiste de múltiplos segmentos (geralmente 2 ou 3), onde cada segmento é projetado por um ou dois canais gráficos que são alinhados em um ou dois projetores. Tamanho: disponível até 7.5m de largura por 2.5m de altura; Quantidade usuários: 30

55 Semi Imersivos

56 Projeção na Retina DESCRIÇÃO
O HITL (Human Interface Tecnology Lab), está desenvolvendo um tipo de monitor inovador, batizado de Retinal Display. Trata-se de um laser que exibe as imagens diretamente na retina do usuário.As vantagens são que o sistema não requer equipamentos pesados, pode gerar imagens coloridas de alta resolução e ainda é capaz de captar o movimento dos olhos do usuário. A tecnologia de VRD está ainda no inicio, em conseqüência, os dispositivos disponíveis não são melhores do que HMDs nos termos da qualidade visual. Entretanto, promete ser um dispositivo ideal para exposição de ambientes de realidade virtual.

57 Projeção na Retina PROJEÇÃO NA RETINA

58 Projeção na Retina PROJEÇÃO NA RETINA

59 Projeção na Retina

60 Personal Monitor

61 Visão do Usuário

62 Projeção na Retina CARACTERÍSTICAS Vantagens: Peso: leve
Agilidade para a resolução e o FOV (field of view) Potencial para uma completa imersão visual Boa qualidade estereoscópica. Tem como grande vantagem uma teoria que poderiam abranger por inteiro campo visual do usuário, o que forneceria uma imersão visual completa. Desvantagens: Tem atualmente baixa definição E o campo da FOV é pequeno As exposições são atualmente monochrome

63 Imersivos

64 VISORAMA DESCRIÇÃO O Visorama é um dispositivo imersivo que se assemelha a binóculos mas ao invés de ter um par de lentes, tem, para cada visor, um display CRT miniatura. Esse dispositivo de observação cria uma abstração de que o usuário está no meio do ambiente virtual, interagindo com este através do dispositivo. Embora não possa ser transladado, esse dispositivo pode rodar em torno de dois eixos, vertical e horizontal, e quando isso é feito, a imagem da panorama na tela é modificada para que a resposta visual para a rotação seja produzida. Essa forma de manipulação direta da direção de visualização é uma interface natural para panoramas virtuais. Além disso, o usuário não pode, em princípio, mudar sua localização, o que também é natural para panoramas virtuais.

65 VISORAMA VISORAMA

66 VISORAMA CARACTERÍSTICAS
Projeção: Cada display CRT está conectado a uma saída de vídeo no computador e imagens diferentes podem ser mostradas para cada olho do observador. Isso permite que se mostrem imagens estereoscópicas. Sistema de Áudio: A utilização de áudio estéreo permite a simulação de som 3D em panoramas onde fontes de som estejam associadas a direções de visualização específicas. Quantidade de Usuários: 1

67 BOOM DESCRIÇÃO O Head-Coupled Display, também conhecido como BOOM (Binocular Omni-Oriented Monitor), consiste de um display montado sobre um braço mecânico com um contra-peso, fazendo com que o display possua “peso zero”. Sensores ligados ao braço mecânico e controles próximos ao display permitem movimentos em até 6 graus de liberdade (Bolas, 1994; Araújo, 1996).

68 BOOM Exemplos

69 BOOM CARACTERÍSTICAS Resolução: Os modelos mais sofisticados chegam a resolução de 180x1024 Sistema de Cor: Full-Color (16 milhões de cores) Quantidade de usuários: 1 Valor: U$ (preço referente ao ano de 2004)

70 HMD DESCRIÇÃO O HMD é um dos dispositivos mais populares de interface para RV, por tratar-se de um dispositivo de saída de dados que mais isola o usuário do mundo real. Ele é constituído basicamente por um par estéreo de pequenos visores com lentes especiais que cobrem os olhos dos usuários. As lentes ajudam a focalizar imagens que estão a alguns milímetros dos olhos do usuário, ajudando também a ampliar o campo de visão do vídeo. O HMD funciona também como um dispositivo de entrada de dados, porque contém sensores de rastreamento que medem a posição e orientação da cabeça, transmitindo esses dados para o computador.

71 HMD

72 HMD Exemplos:

73 HMD CARACTERÍSTICAS Display: O HMD possui dois visores, um para cada olho, sendo que o tipo de tela varia de modelo para modelo, mais utilizados são: LCD – São leves e podem ser usados com pequenas voltagens. Entretanto, a resolução em monitores pequenos ainda é baixa. CRT – Os monitores de TV, em função da avançada tecnologia disponível nesta área, podem exibir imagens de alta resolução com uma qualidade de cor excelente, mesmo em pequenas dimensões. Entretanto, são relativamente pesados, volumosos e colocam altas voltagens muito próximas à cabeça do usuário. Resolução (número de pixels no display) : A resolução de cada tela varia de 247 X 230 nos modelos mais simples e podendo chegar até a 2560 X 1024 pixels nos modelos mais modernos. Preço: O preço varia de acordo com o modelo do HMD: de $500 até $

74 CAVES DESCRIÇÃO A caverna digital é um complexo sistema de Realidade Virtual de alta resolução que possibilita ao usuário interagir em um mundo tridimensional completamente simulado por computadores. Possui um sistema eletrônico interativo voltado à imersão total do usuário em realidades simuladas. Em sua sala as paredes, teto e chão são telas semi-transparentes aonde as imagens são projetadas, permitindo que uma ou mais pessoas fiquem imersas no ambiente virtual.

75 CAVES

76 CAVES

77 CAVES CARACTERÍSTICAS
Projeção: As imagens estereoscópicas são retroprojetadas em películas de material plástico polímero branco semi-translúcido. A retroprojeção das imagens das três paredes fixas é baseada em espelhos de cristal com alto índice de reflexão e planicidade e a retroprojeção das imagens da porta é realizada diretamente, sem a necessidade de espelho. Projetores: Os projetores ficam posicionados atrás das telas, a resolução de cada projetor é de X 2.500 Sistema: O sistema é acionado/alimentado por aglomerados de computadores denominados clusters gráficos. Os nós do cluster são responsáveis pela alimentação das telas de projeção dois supercomputadores paralelos, que se utilizam do sistema Linux RedHat 6.2.

78 CAVES CARACTERÍSTICAS
Dimensões: A Caverna Digital é composta por um cubo de dimensão 3m x 3m x 3m com projeção em 5 de suas faces (4 paredes e piso). Sistema de Áudio: Som 3D - Surround 5:1 Quantidade de usuários: 6 Observações: Telas de material polímero branco, inteiramente em plástico e madeira, acoplamento acústico, acoplamento fotométrico, acoplamento térmico, os vãos das bordas das paredes medem menos de um milímetro para que não aconteça nenhuma distorção na imagem projetada. Custo: R$ 3 milhões

79 ESFERA DESCRIÇÃO Estando ainda numa fase de desenvolvimento, e não existindo ainda como solução comercial , surge agora uma nova aproximação, que pode ser considerada uma variante de sistema CAVE, pela empresa VR-Systems U.K. [VRSysUK 2000]. A diferenciação entre ambos reside na forma do espaço de projeção. Enquanto nos sistemas convencionais de CAVE o utilizador não pode se movimentar livremente, em resultado das limitações impostas pelas telas de projeção, a utilização de um sistema esférico permite movimentos infinitos dentro do mundo virtual, sem no entanto ocorrer um deslocamento físico. Ao introduzir esta capacidade perde-se a possibilidade da utilização simultânea por vários utilizadores e aumentam os custos associados ao sistema.

80 ESFERA Esfera

81 ESFERA CARACTERÍSTICAS Diâmetro da esfera: 3,5 m;
Duas camadas de 30 segmentos de policarbonato; Espessura dos segmentos: 3mm; Peso da esfera: 270 Kg; Inércia de duas vezes a de uma pessoa iniciando ou parando o movimento.

82 REFERÊNCIAS COMMENT, B. (1993). Le XIX Siecle des Panorama. Adam Piro.
KIRNER, C.; TORI, R. Editores (2006). Fundamentos e Tecnologia de Realidade Virtual e Aumentada: Belém - PA, Apostila do Pré Simpósio VIII SVR. pp MACHADO, L.S. (2003) A Realidade Virtual no Modelamento e Simulação de Procedimentos Invasivos em Oncologia Pediátrica. Tese de Doutorado. Março de Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Disponível em: MATOS, A. GOMES, J. PARENTE, A. VELHO, H.S.L. (1997) – O Visorama: Um Novo Ambiente de Multimídia e Realidade Virtual. III Workshop Multimedia and Hypermedia System. São Carlos, Brasil, May Disponível em: PIMENTEL, K. & Teixeira, K. (1995).Virtual Reality – through the new looking glass. 2.ed. New York, McGraw-Hill. SANTOS, C. L. N. (2001) Ferramentas de Visualização Antropomórficas Através do Uso de Realidade Virtual Aplicadas a Engenharia Offshore. Rio de Janeiro. Disponível em: /teses/NUNES%20DOS%20SANTOS_CL_01_t_D_int.pdf

83 Obrigado