Post on 21-Aug-2015
Introdução
Introdução
Introdução
• Tecnologia + de 20 anos
• Hoje:– Tecnologicamente viável– Financeiramente acessível– Didaticamente eficiente
• Globalização da Economia– Aumento da competitividade
• Maior qualificação / especialização de mão de obra
• Conhecimento maior e mais complexo
Introdução
• Opõe-se aos métodos tradicionais de ensino– Simulação– Experimentação
• Economicamente vantajoso– Tempo
• Redução de ciclos de desenvolvimento
– Dinheiro• Treinamento e validação virtuais
Introdução
• Melhor qualidade dos dispositivos de hardware– Capacetes menores– Luvas mais eficientes– Óculos mais leves
• Maior quantidade de software disponível– Diferentes linguagens– Variedade de plataformas
Conceito
• Olhos possuem 70% dos receptores do sentido humano
Conceito
• 70% das informações recebidas visuais interpretadas pelo cérebro
Conceito
Conceito
Conceito
Computador e mente humana cada vez mais integrados
Conceito
• Myron Krueger– “Artificial Reality” (1973)
VideoPlace (1969)
Conceito
• William Gibson Neuromancer(ficção)
– Cyberspace (1984)• Rede universal
– Informações – Acesso multi-sensorial– Implantes corporais– Transmissão de dados para o
computador– Matrix
Conceito
• Jaron Lanier VPL Research– “Virtual Reality” (1986)
Conceito
• Lee Adams (1994)– “O Espaço Cibernético é um
espaço imaginário, uma simulação 4D do espaço-tempo controlada pela interface de RV.”
Conceito
• Peter Hancock (1995)– “RV é a forma mais avançada de
interface do usuário com o computador até agora disponível.”
Conceito
• Jerry Isdale (1993)– “RV é o paradigma pelo qual usa-
se um computador para interagir com algo que não é real, mas que pode ser considerado real enquanto está sendo usado.”
Conceito
• Steve Bryson (1996)– “RV é o uso de computadores e
interfaces com o usuário para criar o efeito de mundos tridimensionais que incluem objetos interativos com uma forte sensação de presença tridimensional.”
Conceito
• Jean Leston (1996)– “RV engloba um conjunto de
técnicas e ferramentas gráficas 3D que permitem a interação dos usuários com um ambiente gerado por computador, em tempo real, com pequena ou nenhuma consciência de que está utilizando uma interface usuário-computador”
Conceito
• Myron Krueger (1991)– “RV é uma técnica avançada de
interface que permite ao usuário realizar imersão, navegação e interação em um ambiente sintético 3D gerado por computador, utilizando canais multi-sensoriais.”
Conceito
• Lee Adams (1994)– “A RV é uma animação de pontos
de observação, apresentada em um contexto interativo e em tempo real. Ou seja, é uma interface que proporciona controles para o usuário manipular e interagir com uma base de dados que é o espaço-tempo 4D, incluindo o espaço virtual e as entidades, ou objetos virtuais, que ela contém.
Conceito
• Espaço-Tempo 4D– Imagens computadorizadas 3D
(compõe e pertencem ao espaço virtual)
– + Tempo
Animações em tempo real
Conceito
• Navegação e observação em tempo real– 6 graus de liberdade (6DOF)
• O software deve definir e o hardware deve reconhecer 6 tipos de movimento:
– para frente / para trás
– acima / abaixo
– esquerda / direita
– inclinação para cima / para baixo
– angulação à esquerda / à direita
– rotação à esquerda / à direita
Conceito
• Navegação e observação em tempo real– 6 graus de liberdade (6DOF)
Conceito
• Navegação e observação em tempo real– 6 graus de liberdade (6DOF)
Conceito
• Interação 4D– Manipulação e exploração de
dados em tempo real
– Uso dos sentidos e movimentos naturais do corpo
– Conhecimento intuitivo prévio
– Uso de dispositivos• Capacetes de visualização e controle
• Luvas de dados (datagloves)
– Sensação de que a aplicação é o ambiente 3D real
Conceito
• RV x CAD e Multimídia– Orientada ao usuário / observador
– Altamente imersiva• Maior sensação de presença
– Mais interativa• Modificar e influenciar o
comportamento de objetos
– Mais intuitiva• Interfaces adaptadas ao corpo
– Renderização em tempo real• Atualização constante do ambiente
Conceito• Áreas relacionadas
– Percepção sensorial– Pesquisa de hardware e software– Dispositivos não convencionais– Redes– Interface Homem-Máquina– Eletrônica– Modelagem 3D– Animação– Simulação– Física (Colisões / Luz / Movimento)– Usabilidade / Arquitetura da Inf.– Psicologia / Sociologia
Histórico
• Link Trainer – USA (1930-1950)– Simuladores de vôo
Histórico
• Sensorama - 1962Morton Heilig– Visão estereoscópica– Vibrações mecânicas– Aromas– Ar movimentado por ventilador
Histórico
• Sensorama - 1962
Histórico
• 1958 Philips inicia pesquisas com protótipos
Histórico
• Ivan Sutherland 1965The Ultimate Display– Pai da RV
Histórico
• Ivan Sutherland 1968Head Mounted Display
Histórico
• Myron Krueger 1973VideoPlace– RV de Projeção
Histórico
• Thomas Furness 1982VCASS (Visualy Coupled Airborne Systems Simulator)
– “Super Cockpit”– Ótima resolução $$$$$
Histórico
• Michael McGreevy 1984VIVED (Virtual Visual Environment Display)
− Baixa Resolução $$− Máscara de Mergulho− Visores LCD− Alto-falantes− + Scott Fisher (1985)
• Luvas de dados• Reconhecimento de voz• Som 3D
Histórico
• Michael McGreevy eScott Fisher (1985)VIVED (Virtual Visual Environment Display)
Histórico
Histórico
Histórico
Simulação
Histórico
Caves
Histórico
Virtusphere
Tipos de Sistemas de RV
• Pilares da Realidade Virtual
– Imersão
– Interação
– Motivação
Tipos de Sistemas de RV
RV Imersiva RV Não ImersivaTipos e quantidade de Dispositivos de I/O + Velocidade e qualidade da
renderização
+ -
INTERAÇÃO
MOTIVAÇÃO+ -
Diversão (jogo) Obrigação
+ -
Real Ficcional
• Pilares da Realidade Virtual
Tipos de Sistemas de RV
• Pilares da Realidade Virtual
Tipos de Sistemas de RV
• Pilares da Realidade Virtual– Imersão
• Sentir-se no ambiente• Simulação visual dos objetos• Texturização• Som ambiente
Tipos de Sistemas de RV
• Pilares da Realidade Virtual– Imersão
• RV Não Imersiva X RV Imersiva
RV Não Imersiva RV Imersiva
Tipos de Sistemas de RV
• Pilares da Realidade Virtual– Imersão
• RV Não Imersiva– Visualização Uso de Monitor – Uso de outros dispositivos– Facilidade de uso– Menor custo
Tipos de Sistemas de RV
• Pilares da Realidade Virtual– Imersão
• RV Não Imersiva
Tipos de Sistemas de RV
• Pilares da Realidade Virtual– Imersão
• RV Não Imersiva
Tipos de Sistemas de RV
• Pilares da Realidade Virtual– Imersão
• RV Imersiva– Capacetes de Visualização– CAVEs (Cave Automatic Virtual Environment)
– Uso de outros dispositivos– Alto custo– Tendência
Tipos de Sistemas RV
• RV Imersiva– Uso de Capacetes ou óculos
Tipos de Sistemas de RV
• Pilares da Realidade Virtual– Imersão
• RV Imersiva– CAVEs
Tipos de Sistemas de RV
• Pilares da Realidade Virtual– Imersão
• RV Imersiva– Capacete de Visualização
Centro de RV Embraer
Tipos de Sistemas de RV
• Pilares da Realidade Virtual– Imersão
• RV Imersiva– CAVEs
Tipos de Sistemas de RV
• Pilares da Realidade Virtual– Imersão
• RV Imersiva– CAVEs
Centro de RV Volkswagen
Tipos de Sistemas de RV
• Pilares da Realidade Virtual– Imersão
• RV Imersiva– CAVEs
Centro de RV Volkswagen
Tipos de Sistemas de RV
• Pilares da Realidade Virtual– Imersão
• RV Imersiva– CAVEs
Centro de RV Volkswagen
Tipos de Sistemas de RV
• Pilares da Realidade Virtual– Imersão
• RV Imersiva– CAVEs
Centro de RV Embraer
Tipos de Sistemas de RV
• Pilares da Realidade Virtual– Interação
• Capacidade Reativa do Ambiente– Inputs modificam a cena
instantaneamente Games– Simulação física dos objetos
(peso, movimento, atrito, colisões)– Sons associados a objetos
Tipos de Sistemas de RV
RV Imersiva RV Não Imersiva
+ -
INTERAÇÃO+ -
Real Ficcional
• Pilares da Realidade Virtual
Simulação FilmeGame
Tipos de Sistemas de RV
• Pilares da Realidade Virtual– Motivação
• Envolvimento do usuário com as atividades do ambiente
Tipos de Sistemas de RV
• Tipos de sessões– Passiva– Exploratória– Interativa
Tipos de Sistemas de RV
• Tipos de sessões– Passiva
• Exploração automática• Não há interferência do usuário
– Mínima interação
• Rota e pontos de observação explícitos
– Controlados pelo software
Tipos de Sistemas de RV
• Tipos de sessões– Exploratória
• Exploração dirigida pelo usuário– Escolhe a rota e pontos de observação– Não interage com entidades da cena
– Interativa• Exploração dirigida pelo usuário• Entidades virtuais respondem e
reagem às ações do participante
Tipos de Sistemas de RV
• Navegação– Controlada pelo posicionamento
do observador no mundo virtual• Ponto de Observação (viewpoint)• Forma mais simples de interação
– Modelo clássico• Câmera sobre um “carro” virtual
– Flying Carpet Model
Tipos de Sistemas de RV
• Navegação– Tipos
• Point-and-flya) Usuário aponta em uma direção
utilizando um dispositivo de navegação (ex: luva) e movimenta-se nesta direção
b) Usuário vira a cabeça para uma direção (rastreador de cabeça ativo) e imprime velocidade de movimentação através da luva
Tipos de Sistemas de RV
• Navegação– Tipos
• Eyball-in-hand− Target de observação fixo− Uso: análise de um único objeto− Dispositivo BOOM
(Binocular Omni-Oriented Monitor)
Tipos de Sistemas de RV
• Navegação– Tipos
− Scene-in-hand− Ponto de observação fixo− Mundo virtual ao redor movimenta-se− + Mecanismo de ação das mãos
− Por comandos de voz− Controle do ponto de observação
com comandos simples
Tipos de Sistemas de RV
• Tele-Colaboração– Usuários remotos compartilham
o ambiente virtual para realizar uma tarefa comum
• Tele-presença / Tele-existênciaTele-operação / Tele-robótica– Estende capacidades motoras e
sensoriais do operador humano em um ambiente remoto
– Robô executa as tarefas– Feedback de sensações
Tipos de Sistemas de RV
• Tele-presença / Tele-existênciaTele-operação / Tele-robótica
Tipos de Sistemas de RV
• Displays Visualmente Acoplados / Visual Coupled Displays– Imagens exibidas diretamente ao
usuário através de um dispositivo de visualização
– Acompanha movimentos da cabeça através de sensores
– Imagens e sons estéreo
Tipos de Sistemas de RV
• RV de Mesa / Desktop VR– Utilização de grandes monitores ou
sistemas de projeção para exibir o mundo virtual
– Podem permitir o uso de 3D com óculos especiais
Tipos de Sistemas de RV
• CAVE (Cave Automatic Virtual Environment) – Sala com paredes, teto e chão
semitransparentes– Projeção de imagens projetores
atrás e/ou do lado das telas• Pode ser estereoscópica
– Projeção acústica 3D– Pode levar à imersão TOTAL de uma
ou mais pessoas– Uso de dispositivos de rastreamento
de posição e de interação– Estrutura computacional avançada
• 12 imagens pares estereoscópicos
Tipos de Sistemas de RV
• CAVE (Cave Automatic Virtual Environment)
Realidade Misturada
Realidade Aumentada
Sobreposição de objetos virtuais tridimensionais, gerados por computador, em um ambiente real, por meio de dispositivos tecnológicos.
PAUL MILGRAM
Realidade Aumentada
• Realidade Aumentada / Augmented Reality– Uso de dispositivos visuais
transparentes presos à cabeça ou integrados ao ambiente (HUD - Head-up-displays)
• Combinados com câmeras para identificação de formas, objetos e pessoas
• Informações ou modelos projetados sobre os dispositivos
– Dados, diagramas, animações, gráficos 3D
• Visualização simultânea do mundo real• Mundo virtual sobreposto ao mundo real• Modelo não-imersivo: monitor + internet• Modelo hiper-imersivo: lentes de contato
Realidade Aumentada
• TécnicaVisão Computacional
+ Computação Gráfica
+ Realidade Virtual
= Sobreposição: Virtual / Real
Realidade Aumentada
• Vantagens:– Interação segura– Dispensa treinamento– Incremento do mundo real– Permite manuseio– Desperta interesse e
motivação– Displays e rastreadores
simplificados– Mobilidade / Portabilidade
Realidade Aumentada
• Tipos de Sistemas– Sistema de visão ótica direta
• Óculos ou Capacetes– recebem imagens reais– projetam imagens virtuais
ajustadas à cena
Realidade Aumentada
• Tipos de Sistemas– Sistema de visão ótica direta
• Óculos ou Capacetes– recebem imagens reais– projetam imagens virtuais
ajustadas à cena
Realidade Aumentada
• Tipos de Sistemas– Sistema de visão direta por
vídeo• Óculos, Capacetes
– Microcâmera acoplada + rastreador– Monitores / lentes– Imagens apresentadas aos olhos
do usuário
Tipos de Sistemas de RV
Tipos de Sistemas de RV
Realidade Aumentada
• Tipos de Sistemas– Sistema de visão por vídeo
baseada em monitor• Webcam (+Rastreador) +
Monitor
Realidade Aumentada
• Tipos de Sistemas– Sistema de visão por vídeo
baseada em monitor• Webcam (+Marcador) + Monitor
Realidade Aumentada
Realidade Aumentada
• Tipos de Sistemas– Sistema de visão por vídeo
baseada em monitor• Webcam (+Marcador) + Monitor
1. Objeto real com código / formato específico Papel com código impresso em alto contraste (marker*)
*Data/marker.pat http://flash.tarotaro.org/ar/MarkerGeneratorOnline.html
Realidade Aumentada
• Tipos de Sistemas– Sistema de visão por vídeo
baseada em monitor• Webcam (+Marcador) + Monitor
2. Câmera para capturar o objeto (webcam)
Realidade Aumentada
• Tipos de Sistemas– Sistema de visão por vídeo
baseada em monitor• Webcam (+Marcador) + Monitor
3. Software para
a) interpretação da leitura da cam
b) criar o mundo 3D de interaçãoFlash CS3 ou superior SWF
+framework para interação 3D
(Papervision3D)+
framework para leitura da cam(FLARToolKit)
Realidade Aumentada
• Tipos de Sistemas– Sistema de visão por vídeo
baseada em monitor• Webcam (+Marcador) + Monitor
3. Software para
a) interpretação da leitura da cam
b) criar o mundo 3D de interaçãoFlash CS3 ou superior SWF
+framework para interação 3D
(Papervision3D)+
framework para leitura da cam(FLARToolKit)
Realidade Aumentada
• Tipos de Sistemas– Sistema de visão por vídeo
baseada em monitor• Webcam (+Marcador) + Monitor
4. Modelo 3D no formato .dae (collada)
Realidade Aumentada
• Tipos de Sistemas– Sistema de visão ótica por
projeção• Superfícies do ambiente real• Projeções de imagens do ambiente
virtual
Visualização do Espaço 3D
• Dispositivos de visualização são bidimensionais
Visualização do Espaço 3D
• Representações gráficas de objetos tridimensionais
Visualização do Espaço 3D
• Mapeamento de uma cena/espaço 3D para uma cena/espaço 2D PROJEÇÃO
Visualização do Espaço 3D
• Projeção Geométrica Planar– PerspectivaUtilizada para representar objetos,
construções, figuras e a natureza da maneira como são vistos pelo olho humano, em suas formas tridimensionais. As profundidades dos objetos são definidas através de pontos colocados sobre a Linha do Horizonte, denominados “Pontos de Fuga”.
Visualização do Espaço 3D
• Projeção Geométrica Planar– Perspectiva
Visualização do Espaço 3D
• Projeção Geométrica Planar– Perspectiva
Posição da câmera
Ângulo FOV
Near Plane Far Plane
Frustum
Visualização do Espaço 3D
• Projeção Geométrica Planar– Perspectiva
Visualização do Espaço 3D
• Projeção Geométrica Planar– Perspectiva
Visualização do Espaço 3D
• Projeção Geométrica Planar– Ortogonal / Paralela
Visualização do Espaço 3D
• Projeção Geométrica Planar– Ortogonal / Paralela
Visualização do Espaço 3D
• Projeção Geométrica Planar– Ortogonal / Paralela
Estereoscopia
• Predador X Presa
Estereoscopia
Fenômeno natural que ocorre na observação de uma cena pelos olhos humanos. São obtidas simultaneamente duas imagens a partir de pontos de observação ligeiramente diferentes.
Estereoscopia
Estereoscopia
• Desvantagens:
– 10 a 20% das pessoas não conseguem fundir as imagens de forma correta
– Necessidade de mais processamento computacional
Estereoscopia
• Direta
– Olhos recebem os raios luminosos refletidos diretamente pelo objeto observado
Estereoscopia
• Direta
– Estereograma
Estereoscopia
• Indireta– VOLUNTÁRIA
• Uso de Estereoscópio(suporte com lentes convexas)
Estereoscopia
• Indireta– VOLUNTÁRIA
• Uso de Estereoscópio(suporte com lentes convexas)
Perfecscope
Estereoscopia
• Indireta– HOLOPROJEÇÃO
• Lentes convexas + espelhos
Estereoscopia
• Indireta– HOLOPROJEÇÃO
• Lentes convexas + espelhos
Estereoscopia
• Indireta– POR ANÁGLIFO
• Figuras planas– Relevo obtido por cores
complementares(azul + vermelho / verde + vermelho)
– Cada olho refletirá apenas uma das cores
– As imagens são separadas na observação e fundidas pelo cérebro em uma única imagem 3D
Estereoscopia
• Indireta– POR ANÁGLIFO
Câmera com duas objetivas distantes 65 mm uma da outra
Estereoscopia
• Indireta– POR ANÁGLIFO
Estereoscopia
• Indireta– POR ANÁGLIFO
Estereoscopia
• Indireta– POR POLARIZAÇÃO DA LUZ
Câmera com duas objetivas distantes 65 mm uma da outra
Estereoscopia
• Indireta– POR POLARIZAÇÃO DA LUZ
Estereoscopia
• Indireta– POR POLARIZAÇÃO DA LUZ
Lentes de óculos escuros convencionais (de boa qualidade)
Estereoscopia
• Indireta– POR POLARIZAÇÃO DA LUZ
Lente não-polarizada (esq) X Lente polarizada (dir)
Estereoscopia
• Indireta– POR POLARIZAÇÃO DA LUZ
Polarização da luz
Estereoscopia• Indireta
– POR POLARIZAÇÃO DA LUZ• Com óculos passivos
– Cada lente permite luz apenas na que está polarizada de forma compatível
• Com óculos ativos– Obturadores (Shutterglasses)– Controlam o momento em que cada
olho pode ver a imagem na tela
Estereoscopia• Indireta
– POR POLARIZAÇÃO DA LUZ
Estereoscopia• Indireta
– POR POLARIZAÇÃO DA LUZ(Sequenciamento por frames alternados 120 fps)
Estereoscopia
• Indireta– POR BARREIRA DE PARALLAX
• Não exige óculos especiais.
• Duas imagens com perspectivas diferentes simultaneamente, porém entrelaçadas (faixas verticais e exibidas alternadamente).
• Filtro “barreira de parallax” com fendas que permitem a cada olho enxergar apenas uma das sequências de faixas para cada perspectiva.
• Para o cérebro, trata-se apenas de uma imagem tridimensional.
( 3D LENTICULAR )
Estereoscopia
Display com barreira de parallax direcionável