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Conceitos, Projeto e Aplicações - DE/UFPB

1. Figura 2 5 Modelo de proje o binocular que obedece a restri o epipolar Observe que o plano a contendo a linha base e a reta p e o plano a contendo a linha base e a reta p s o coincidentes 2 3 1 A Restricao Epipolar Se a c mera estiver apontada para o objeto de interesse ou melhor se o objeto de interesse estiver dentro do campo de vis o da camera entao poss vel calcular uma reta que passe pelo centro de proje o Pc e pela proje o do objeto na imagem Pj de acordo com a refer ncia da camera origem em Pc O pr ximo passo colocar outra c mera cujo campo de visao inclua o objeto de 37 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es interesse Por m ainda falta 1 estabelecer a restri o epipolar e tamb m 2 encontrar uma refer ncia Unica A linha que liga os dois centros de proje o das duas c meras chamada linha base Se duas retas residem em um plano entao f cil perceber que a reta passando pela linha base e aquela passando pelo centro de proje o Pc e pelo objeto Po residem em um plano chamado plano epipolar veja Figura 2 5 A restri o epipolar estabelece que os planos de cada c mera devem ser coincidentes ou de outra forma as tr s retas a que passa por Pc e Po a que passa por Pc e Po e a que passa pela linha base devem pertencer a um mesmo plano No final das contas o que esta restri o imp e que as linhas dos objetos se cruzem
2. Kirner T G Kirner C Kawamoto A L and Wazlawick R S 2001 Development of a Collaborative Virtual Environment for Educational Applications Proceedings of the ACM WEB3D International Conference Paderborn Germany pp 61 68 Kirner T G Kirner C Aquino Jr P T 2003 Development of a Virtual Reality Based Interface to Support E Commerce Applications Proceedings of the 3rd IFIP Conference on e Commerce e Business and e Government Guaruj SP p 640 649 Kirner T G Martins V F 2004 Contribui o Engenharia de Requisitos de Ambientes Virtuais Proceedings do 7 Workshop de Engenharia de Requisitos Tandil Argentina p 263 273 Kirner T G and Kirner C 2005 Simulation of Real Time Systems an object oriented approach supported by a virtual reality based tool Proceedings of the 38th Annual Simulation Symposium San Diego p 188 195 106 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Kirner C Kirner T G 2006 A Data Visualization Virtual Environment Supported by Augmented Reality Proceedings of the XXIX IEEE International Conference on Systems Man and Cybernetics Taipei Taiwan p 97 102 Martins V F 2000 Processo de Desenvolvimento de Ambientes e Aplica es de Realidade Virtual Disserta o de Mestrado Ci ncia da Computa o Universidade Federal de S o Carlos Sommerville I Sawer P 1997 Requirements Engineering A Goo
3. deinen RE Is Re TEO Conceites ee MORS ATA M an E E win o e e v Editores Claudio Kirner Robson Siscoutto NA ESA Bt sm esa ivro do Pre Imposio WB YEA OR At D GIA m SS SS SA ATREA X Symposium on Vir Tr my en ed Reality E WT NATA Petr polis RJ 28 de Maio de 2 EXT Claudio Kirner Robson Siscoutto Editores Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicacoes Livro do Pre Simposio IX Symposium on Virtual and Augmented Reality Petropolis RJ 28 de Maio de 2007 Apresenta o Somos uma comunidade jovem multidisciplinar criativa aberta a id ias e desafios a qual atrai e acolhe novos talentos sejam eles estudantes ou profissionais migrando de outras reas Foi pensando nesses novos e bem vindos participantes do SVR que criamos o Pr Simp sio PS apresentado pela primeira vez em S o Paulo junto ao SVR 2004 O sucesso da iniciativa fez com que a Comiss o Especial de Realidade Virtual da SBC respons vel pela organiza o e promo o do SVR inclu sse de forma definitiva o PS na programa o de atividades do evento O principal objetivo do Pr Simp sio oferecer um curso r pido e abrangente sobre os principais conceitos e tecnologias das reas de RV e RA de tal forma a estabelecer um repert rio b sico que ajude o participante a melhor aproveitar tudo o que ser exibido e discutido ao longo dos tr s dias de ativid
4. reas de interesse Protocolos e Sistemas Distribu dos Computa o M vel e Ub qua Middlewares Servi os baseados em localiza o e Colabora o entre usu rios M veis 287 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Filiacao Departamento de Informatica da PUC Rio Contato endler inf puc rio br Nivaldi Calonego Jr professor do curso de Ci ncia da Computa o da UNEMAT doutor em F sica Computacional pelo IFSC USP mestre e bacharel em Ci ncia da Computa o pelo ICMC USP Atuou como docente do ICMC USP e ent o na UNIMEP Piracicaba SP no curso de Mestrado em Ci ncia da Computa o reas de Interesse Realidade Virtual e Aumentada e Sistemas Distribu dos Filia o Universidade Estadual de Mato Grosso UNEMAT Cuiab MT Contato nivaldi calonegojr gmail com Regina C lia Coelho professora do curso de Mestrado em Ci ncia da Computa o da UNIMEP atuando na linha de pesquisa em Realidade Virtual doutora em F sica Computacional pelo IFSC USP mestre em Ci ncia da Computa o pela UFSCar e bacharel em Ci ncia da Computa o pela UNESP Bauru Atuou como docente do Mestrado em Ci ncia da Computa o na UEM Maring PR reas de Interesse Computa o Gr fica Vis o Computacional Redes Neurais e Realidade Virtual e Aumentada Filia o Universidade Metodista de Piracicaba UNIMEP Piracicaba SP Contato rccoelho unimep br Ricardo Nakamura formado
5. Choi K S et al 2002 Scalable Force Propagation Approach for Web Based Deformable Simulation of Soft Tissues Web3D 02 Arizona ACM Proceedings pp 185 193 Costa I F Balaniuk R 2001 LEM An Approach for Real Time Physically based Soft Tissue Simulation nternational Conference in Automation and robotics Seul Korea do Sul Costa R M Carvalho L 2006 The Acceptance of Virtual Reality Devices for Cognitive Rehabilitation a report of positive results with schizophrenia Computer Methods and Programs in Biomedicine v 73 n 3 pp 173 182 Current Status of Telesurgery em http www2 telemedtoday com articles telesurgery shtml visitado em janeiro de 2007 Delingette H Cotim S Ayache N 1999 A Hibrid elastic 249 Aplicac es M dicas usando Realidade Virtual e Realidade Aumentada model allowingreal time cutting deformations and force feedback for surgery training and simulation In Computer Animation 1999 Anais IEEE Computer Society p 70 81 Diffusion Tensor MRI Brain Visualization em http www nature com neuro journal v5 n Is full nn948 html visitado em janeiro de 2007 Dimaio S P Salcudean S E 2002 Needle Insertion Modelling and Simulation Proceedings of The IEEE International Conference on Robotics and Automation pp 2098 2105 DirectX Site Oficial 20060 http www microsoft com windows directx default mspx visitado em novembro de 200
6. Filippo D Endler M Fuks H Colabora o m vel com realidade aumentada Monografias em Ci ncia da Computa o 01 05 Ed Carlos Jos Pereira de Lucena Jan 2005 ISSN 0103 9741 33 p http bib di inf puc rio br techreports 2005 htm 187 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Fuks H Raposo A Gerosa M A 2002 Engenharia de Groupware Desenvolvimento de Aplica es Colaborativas XXI Jornada de Atualiza o em Inform tica Anais do XXI Congresso da Sociedade Brasileira de Computa o v 2 Cap 3 ISBN 85 88442 24 8 pp 89 128 Fuks H Gerosa M A Pimentel M 2003 Projeto de Comunica o em Groupware Desenvolvimento Interface e Utiliza o XXII Jornada de Atualiza o em Inform tica Anais do XXIII Congresso da Sociedade Brasileira de Computa o v 2 cap 7 ISBN 85 88442 59 0 pp 295 338 Fuks H Raposo A Gerosa M A Lucena C J P 2005 Applying the 3C Model to Groupware Development International Journal of Cooperative Information Systems IJCIS v 14 n 2 3 Jun Sep 2005 World Scientific ISSN 0218 8430 pp 299 328 Hagsand O Interactive Multiuser VEs in the DIVE System IEEE Multimedia 3 1 30 39 Spring 1996 H llerer T Feiner S Terauchi T Rashid G Hallaway D 1999 Exploring MARS developing indoor and outdoor user interfaces to a mobile augmented reality system Computers and Graphics v 23 n 6 Elsevier Publisher
7. ee ss 71 4 Ambientes de Hardware e Software para Aplica es de Realidade Virtual e Aumentada sss 72 Bruno Barberi Gnecco Marcelo de Paiva Guimar es e Rodrigo Damazio 5 Desenvolvimento de Ambientes Virtuais uses 90 Tereza Gon alves Kirner e Val ria Farinazzo Martins Salvador 6 Ferramentas para Desenvolvimento de Aplica es de Realidade Virtual e Aumentada csse enne 108 Marcelo de Paiva Guimar es Bruno Barberi Gnecco e Rodrigo Damazio 7 Sistemas Distribuidos de Realidade Virtual e Aumentada 129 lldeberto Aparecido Rodello Antonio Carlos Sementille Jos Remo Ferreira Brega e F tima L S Nunes Secao C ADIICA ES uode nois qua buds onion LS uia 151 8 Dispositivos Hapticos para Interfaces de Realidade Virtuale meltagdd3s c ed spel pasas Done ga dass bad bina 152 Liliane dos Santos Machado 9 Ambientes Colaborativos de Realidade Virtual e Aumentada 168 Denise Filippo Alberto Raposo Markus Endler e Hugo Fuks 10 Jogos e Entretenimento com Healidade Virtual e Aumentada 192 Homero Tori Ricardo Nakamura Joao Luiz Bernardes Jr Hoberto Cezar Bianchini Eduardo Costa Jacober Daniel Calife e Alexandre Nascimento Tomoyose 11 Aplicac es M dicas usando Realidade Virtual e Realidade AUImentaga uten qt Vr wa cua ERN QU M katie sake Dusk cau 223 F tima L S Nunes Rosa M E M Costa Ana Cl udia M T
8. es Web Jogos Eletr nicos e Entretenimento Digital Realidade Aumentada Interface Homem Computador Filia o Interlab Departamento de Engenharia de Computa o e Sistemas Digitais Escola Polit cnica da Universidade de S o Paulo Contato alexandre tomoyose poli usp br e alextomoyose gmail com Ana Cl udia Melo Tiessi Gomes de Oliveira professora auxiliar da Faculdade de Tecnologia de Gar a FATEC Gar a Obteve grau de mestre em Ci ncia da Computa o na rea de Realidade Virtual em 2007 no UNIVEM Membro do LApIS Laborat rio de Aplica es 219 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es de Inform tica em Sa de Outros graus acad micos sao Tecn loga em Processamento de Dados pela Faculdade de Tecnologia de Ourinhos FATEC Ourinhos em 2003 reas de Interesse Realidade Virtual Treinamento M dico Linguagens de Programa o Filia o LApIS Laborat rio de Aplica es de Inform tica em Sa de do Centro Universitario Eur pides de Mar lia UNIVEM FATEC Gar a Contato anatiessi gmail com Antonio Carlos Sementille Doutor em F sica Computacional IFSC USP Mestre em Ci ncia da Computa o UFSCAR e Graduado em Ci ncia da Computa o UNESP Bauru pesquisador na rea de Realidade Virtual desde 1995 Atualmente docente no curso de Bacharelado em Ci ncia da Computa o e no Programa de P s Gradua o em Ci ncia da Computa o do Centro Univers
9. es podem ser utilizadas tanto para as aplica es de RV quanto de RA Quanto mais alta na hierarquia a ferramenta oferece maior abstra o dos detalhes de desenvolvimento A maioria dos projetos atuais tem utilizado os pacotes gr ficos pois requerem menos esfor o para o desenvolvimento em compara o com o uso direto de APIs como OpenGL ou DirectX al m de serem mais flex veis possibilitando a customiza o conforme os requisitos do projeto Quanto aos pacotes de desenvolvimento de conte do estes evolu ram muito nos ltimos anos A solu o livre mais comumente usada o Blender oferece al m dos servi os de modelagem recursos de intera o via linguagem de programa o 110 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Python al m de ferramentas para cria o de aplicativos simples sem o uso de programa o Em geral contudo prefer vel utilizar ferramentas externas para a cria o do aplicativo propriamente dito devido maior flexibilidade e desempenho Atualmente tornou se comum todas as ferramentas de desenvolvimento fornecerem wrappers para linguagens interpretadas como Python e Lua permitindo que o desenvolvimento utilizando essas linguagens seja feito dentro de um ambiente de alto desempenho e sem as limita es de aplica es de cria o de conte do Aplica es de Realidade Virtual Aplica es centralizadas e Realidade Aumentada o aplica es distribu das Pacot
10. A presen a ou telepresen a pode ser definida como a sensac o que a pessoa tem de realmente estar dentro do Ambiente Virtual ou seja estar em um local diferente do que fisicamente se encontra Bafios 2000 A presen a pode ser obtida atrav s do est mulo dos sentidos humanos tato vis o e audi o L O senso de presen a dependente n o somente das qualidades f sicas resolu o realismo interatividade tempo de resposta mas tamb m o que o usu rio traz como bagagem 225 Aplicac es M dicas usando Realidade Virtual e Realidade Aumentada psicol gica Cada pessoa reage de maneira diferente quando expostas a mesma situa o real ou virtual Bafios 2000 Neste sentido North et al 1998 observam que a concentrac o nas atividades realizadas no ambiente virtual est diretamente relacionada com o nivel de intera o e a adequa o dos equipamentos de entrada e sa da A seguir s o apresentados alguns dos equipamentos mais utilizados em aplica es de RV e RA na rea m dica 11 2 1 Equipamentos de Entrada e Sa da 11 2 1 1 Equipamentos de Entrada Em geral os rastreadores s o equipamentos muito utilizados em aplica es m dicas pois fornecem posicionamento em tempo real e orienta o de movimento de objetos ou pessoas explorando diferentes tecnologias Eles podem ser do tipo mec nico que fica preso cabe a do usuario dando lhe pouca mobilidade ultra sOnicos que trabalham por meio da emi
11. Centro Universit rio Eur pides de Mar lia UNIVEM e LRV Laborat rio de Realidade Virtual Centro Universit rio Eur pides de Mar lia UNIVEM Contato fatima Q9 univem edu br fatima nunes pesquisador cnpq br Hugo Fuks professor associado do Departamento de Inform tica da PUC Rio Pesquisador ID do CNPq e bolsista FAPERJ do programa Cientista do Nosso Estado na categoria Pesquisador Inovador Graduou se em Engenharia de Produ o pela UFRJ e obteve o doutorado em Computa o pelo Imperial College London Seu objetivo de pesquisa dar suporte computacional colabora o entre humanos Na parte conceitual desenvolve uma Engenharia de Groupware baseada no modelo 3C de colabora o cujas dimens es s o a comunica o coordena o e coopera o usando desenvolvimento baseado em componentes de programa o Na parte pr tica desenvolveu o AulaNet um ambiente de ensino e aprendizagem na web e mais recentemente vem desenvolvendo jogos did ticos voltados para adolescentes em temas como educa o financeira e ecologia reas de interesse Suporte Computacional Colabora o Aprendizagem Colaborativa Projeto de Intera o Filia o Departamento de Inform tica da PUC Rio Contato hugo inf puc rio br Ildeberto Aparecido Rodello Doutor em F sica Computacional pelo Instituto de F sica da Universidade de S o Paulo IFSC USP Campus S o Carlos Mestre em Ci ncia da Computa o pela Universidade Fe
12. Desenvolvido pela Universidade Federal de Pernambuco o MetasD uma ferramenta de visualiza o de dados multidimensionais em ambiente de Realidade Aumentada Bueno 2005 A ferramenta foi idealizada para que o usuario utilize em conjunto t cnicas estat sticas e de Visualiza o de Informa o de uma forma integrada agilizando o processo de cria o de uma visualiza o mais efetiva Um recurso dispon vel na Meta3D a categoriza o de vari veis isto o usu rio pode mapear as classes de uma tabela de distribui o de frequ ncias em categorias O sistema MetasD permite a cria o de visualiza es 3D por meio de t cnicas de faces de Chernoff coordenadas paralelas e coordenadas paralelas extrusivas O usu rio pode construir as visualiza es no sistema e export las para o formato VRML possibilitando uma f cil visualiza o e distribui o Figura 12 6 270 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Figura 12 6 Interface do Meta3D Bueno 2005 12 6 Consideracoes A Realidade Virtual oferece muitos recursos para a visualiza o de informa es particularmente para a visualiza o de um grande volume de dados uma vez que n o limita o espa o de explora o dos dados a serem representados Observa se entretanto que a intera o com a Realidade Virtual requer a familiariza o treinamento e eventualmente o uso de dispositivos especiais para a navega o
13. Moreland D VRML Sourcebook Second Edition John Wisley amp Sons Inc USA 1997 Azuma R T A Survey of Augmented Reality UNC Chapel Hill In Presence Teleoperators and Virtual Environments 1997 Bekenstein J D Informa o no universo hologr fico Scientific American 2003 Billinghurst M et al The MagicBook Moving Seamlessly between Reality and Virtuality Computer Graphics and Applications 2001 21 3 2 4 Disponivel em http www hitl washington edu publications r 2002 29 r 2002 29 pdf Acesso em 30 03 2005 Bueno M A S et al Meta 3D Visualizacao de Informa o em Realidade Aumentada II Workshop sobre Realidade Aumentada Unimep Piracicaba SP 2005 Buk C V Ambientes Virtuais para Visualiza o Din mica de Informa o 2005 Disserta o Ci ncia da Computa o Universidade Metodista de Piracicaba 212 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Chambers J M Cleveland W S et al 1983 Graphical Methods for Data Analysis Belmont CA Wadsworth International Group Chernoff H 1973 The Use of Faces to Represent Points in k Dimensional Space Graphically Journal of the American Statistica Association 68 342 361 368 Do Nascimento H A D Visualiza o de Informa o Uma Abordagem Pr tica XXV Congresso da Sociedade Brasileira de Computa o XXIV JAI UNISINOS S o Leopoldo RS 2005 Floridi L Is Information Meaningful Data
14. O comportamento de um objeto depende principalmente do n vel de interac o que o usu rio pode ter Objetos que o usu rio pode somente observar t m um n vel de complexidade menor que aquele com o qual o usu rio pode interagir modificar e ajustar O padr o de comportamento entretanto depende da finalidade do mundo virtual AVCs necessitam de um padr o comportamental mais apurado principalmente se estiver sendo utilizado para treinamento Oliveira et al 2000 Em um AVC o usu rio pode ainda ter a possibilidade de explora o do objeto segundo dois aspectos objetivo ou subjetivo Greenhalgh 1996a No aspecto objetivo os usuarios estao em consenso a respeito de um determinado objeto todos interessados nas mesmas informa es No aspecto subjetivo o usuario poder ter acesso a Informa es exclusivas e adicionais a respeito do objeto isto al m daquelas presentes no aspecto objetivo O modelo subjetivo leva o usu rio a conseguir uma maior Intera o com o ambiente de forma que este passa a oferecer um conjunto maior de opera es dispon veis Dentre as opera es pode se citar o acesso base de dados exclusivos de onde o usu rio possa filtrar informa es Particionamento Pelo fato de os seres humanos serem orientados visualmente 135 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es espera se ver a representa o gr fica do AV com todos os detalhes Por m o computador n o precisa
15. Raposo A B Gattass M Experi ncia de Portas em Ambientes Arquitet nicos Virtuais SVR 2003 VI Symposium on Virtual Reality Ribeir o Preto SP Brasil Out 2003 pp 117 128 128 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Capitulo 7 Sistemas Distribuidos de Realidade Virtual e Aumentada llIdeberto Aparecido Rodello Antonio Carlos Sementille J os Remo Ferreira Brega e F tima L S Nunes Programa de P s Gradua o em Ci ncia da Computa o PPGCC Centro Universit rio Eur pides de Marilia UNIVEM Caixa Postal 2041 17525 901 Mar lia SP Brasil Laborat rio de Sistemas de Tempo Real LSTR Departamento de Computacao Dco Universidade Estadual Paulista Unesp Caixa Postal 473 17 033 360 Bauru Brasil rodello semente remo fatima univem edu br Abstract This chapter aims at presenting the main concepts related to the design and implementation of Distributed Virtual and Augmented Reality Systems Related to the design the factors that should be considered in the definition of the environment are presented The modalities of implementation are discussed as well as the factors that could have impact on the perfect running About implementation are highlighted the models of communication the involved protocols the ways of implementation and some used indicatives for the performance evaluation 129 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Pr
16. Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es A interac o capaz de potencializar enormemente o poder elucidativo de uma dada t cnica de visualiza o Interagindo dinamicamente o usu rio pode alterar a visualizac o de forma que suas metas de explora o possam ser alcan adas Meios adequados de intera o permitem ao usu rio criar diversos arranjos de estrutura da base de dados que esta sendo explorada comparar suas dimens es e gerar conhecimento a partir da an lise das proje es geradas em cada passo do processo Existem diversos recursos t cnicas de Intera o e v rias classifica es Grinstein and Ward 2002 procuram delinear a natureza das t cnicas de intera o e n o classific las de forma expl cita Eles discutem os fatores que podem ser utilizados para agrupar os dados segundo propriedades comuns De acordo com Grinstein and Ward 2002 o usu rio acessando os dados em uma cena de visualiza o pode fazer uso da Intera o atrav s de recursos de navega o isto alternando par metros gr ficos que lhe permitem ver a imagem por diferentes ngulos buscando um quadro mais revelador O usu rio pode tamb m utilizar a intera o por amostragem dos dados para reduzir as propor es do processo de an lise que viria a ser realizado sobre um conjunto menor de informa es H tamb m a intera o direta atrav s da qual poss vel fazer consultas para fins espec fico
17. Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es 8 2 2 Dispositivos para bracos ou pernas Os dispositivos para bra os ou pernas visam oferecer na sua erande maioria force feedback Uma das raz es deles n o serem t o voltados para as sensa es de tato que as m os s o mais utilizadas e sens veis para esta atividade Desse modo apesar de alguns oferecerem tato e force feedback sua principal fun o restringir as a es do usu rio de acordo com suas a es quando utilizados Estes dispositivos costumam ter um custo proporcional sua capacidade de suportar e retornar mais ou menos for a Apesar disso h modelos desenvolvidos para uso popular como mouse e Joystick Um exemplo o mouse vibrat rio que montado sobre uma base capaz de limitar as a es do usu rio H alguns anos atr s a Logitech desenvolveu um mouse deste tipo chamado Wingman Figura 8 7a mas interrompeu sua produ o em pouco tempo Entretanto diversos modelos de joystick como o SideWinder Pro s o dotados desta capacidade e utilizados por fabricantes de jogos para aumentar o n vel de envolvimento do usu rio Figura 8 7b Neles s o adicionando motores ou eixos uma esfera localizada em sua base Burdea e Coiffet 2003 Figura 8 7 Dispositivos de baixo custo com force feedback Fonte fotos da autora Outra categoria de dispositivos dispon veis no mercado utiliza se de uma esp cie de bra o mec nico para ofe
18. Sousa Junior R D Meiguins B S Filho M R Ferramenta Colaborativa para Visualiza o Tridimensional de Dados VIII Symposium on Virtual Reality Bel m PA 2006 Systems F IL 3D ACTIVE CHART Dispon vel em http www rinvoice com activechart htm Acesso em 28 02 2004 Ward M O 1994 XmdvTool Integrating Multiple Methods for Visualizing Multivariate Data Proceedings of IEEE Conference on Visualization 275 SECAO D AUTORES Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Secao D Autores e Editores Robson Augusto Siscoutto Organizador Editores do Livro Claudio Kirner graduou se em Engenharia El trica em 1973 na Escola de Engenharia de Sao Carlos USP EESC USP concluiu o mestrado em Engenharia Eletr nica em 1978 no Instituto Tecnol gico da Aeron utica ITA e o doutorado em Engenharia de Sistemas e Computa o em 1986 na Universidade Federal do Rio de Janeiro UFRJ Realizou P s doutorado na Universidade do Colorado em Colorado Springs UCCS Estados Unidos no per odo de 1993 a 1995 desenvolvendo trabalhos sobre Realidade Virtual Coordenou o I Workshop de Realidade Virtual em 1997 e o I Workshop de Realidade Aumentada em 2004 e outros subseq entes Foi coordenador da Comissao Especial de Realidade Virtual da SBC no per odo de 2001 a 2004 Publicou cerca de 130 trabalhos cient ficos 5 livros e 15 cap tulos de livro Orientou 7 doutorados e 22 mestrados e
19. o SPIDAR Space Interface Device for Virtual Reality Sato 2002 Inicialmente desenvolvido para acoplar um nico dedo possui v rias vers es inclusive para uso nas duas m os O esquema da Figura 8 9 apresenta a primeira versio do dispositivo onde podem 160 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es ser vistos os atuadores e cabos utilizados para capturar os movimentos do usu rio e oferecer force feedback Figura 8 9 O dispositivo SPIDAR e sua versao com 7DOF Fonte Sato 2002 Outro de dispositivo para braco o Delta comercializado pela empresa Force Dimension Figura 8 10 Fruto de um projeto de pesquisa franc s oferece nas suas vers es mais recentes force feedback com 6DOF de at 25N Grange et al 2001 Figura 8 10 Dispositivo Delta Fonte Grange et al 2001 Al m dos dispositivos citados existem varios outros dispon veis no mercado As principais diferen as entre eles no entato n o sao apenas quanto tecnologia utilizada mas tamb m est o relacionadas ao espa o de atua o quantidade de for a que s o capazes de apresentar empunhadura e ao custo 161 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es 8 2 3 Dispositivos para o Corpo Os dispositivos h pticos para o corpo sao na realidade plataformas que visam oferecer vibra es ou mexer com a sensa o de equil brio de seu usuario Em alguns casos nao sao tratados como dispositiv
20. o do Windows enquanto outros no Linux e que ambos obtenham a mesma experi ncia al m de poderem interagir uns com os outros sem diferen as Um ambiente de desenvolvimento ideal seria aquele que al m de resolver os problemas pertinentes s aplica es de RV e RA atendesse os requisitos b sicos de software Visando 114 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es principalmente o uso comercial em que os ambientes geralmente n o s o de alta qualidade como os dos laborat rios de pesquisas esses requisitos tornam se caracter sticas fundamentais para uma ferramenta de desenvolvimento de tais aplica es 6 3 Ferramentas de Realidade Virtual Todas as ferramentas voltadas para RV podem ser utilizadas para RA Geralmente as ferramentas de RA oferecem tamb m recursos adicionais de Vis o Computacional para que possam se integrar facilmente com o ambiente 6 3 1 Panda3D Panda 3D um engine para jogos desenvolvida pela Disney e pela Universidade Carnegie Mellon Um engine uma cole o de m dulos de simula o que n o especifica diretamente o comportamento ou ambiente do jogo Engines incluem recursos como por exemplo captura de eventos de entrada gera o de sa da gr fica e de udio gerencia din mica do mundo de jogo facilidades para cria o de l gica da aplica o Panda 3D permite o desenvolvimento de aplica es 3D e de jogos Ela foi desenvolvida em C mas fornece um binding p
21. 92 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es adequado s suas peculiaridades Este cap tulo apresenta um processo de desenvolvimento que atende as caracter sticas de ambientes virtuais e aplica es de realidade virtual em geral O processo proposto segue uma abordagem de desenvolvimento iterativo de sistemas de software adaptado s especificidades de sistemas de RV Esta abordagem combina caracter sticas de desenvolvimento top down e bottom up buscando a gera o de vers es ou prot tipos que v o sendo sucessivamente refinados at se chegar a uma implementa o que atenda aos requisitos Inicialmente identificados Stuart 1996 Sommerville 1997 As etapas e fases que comp em o processo de desenvolvimento compreendem desde a defini o dos requisitos at a implementa o e avalia o do sistema O desenvolvimento de ambientes virtuais requer um esfor o conjugado envolvendo temas relacionados com modelagem gr fica 3D e interface humano computador IHC j que sua constru o est ligada ao realismo visual e intera o atrav s de outros sentidos humanos distintos Martins 2000 Assim sendo o processo ora proposto explora ao m ximo os recursos de RV e IHC modelagem gr fica e visualiza o de informa o para validar este processo de desenvolvimento Os objetivos principais da abordagem s o e Permitir a participa o dos usu rios para que eles possam experimentar o softwa
22. A seguir s o apresentadas algumas ferramentas voltadas para RA Al m destas existem outras como o ARStudio JAR ToolKit e o DART 6 4 1 ARToolkit O ARToolKit um software para a detecc o dos marcadores nas imagens e adi o dos objetos virtuais nas imagens do mundo real Este software utiliza m todos de vis o computacional para fornecer a posi o e o rota o 3D de padr es em imagem do ambiente Estes 123 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es padr es sao expressos por marcadores 2D e sao previamente cadastrados antes da execu o da aplica o As seguintes etapas s o executadas para a detec o dos marcadores inicialmente a imagem capturada pela c mera ou por outro processo transformada em uma imagem bin ria com valores em preto e branco Logo ap s o software analisa a imagem e encontra os marcadores e os compara com os previamente cadastrados Quando encontrado um marcador um objeto tridimensional virtual adicionado imagem real na posi o e orienta o do marcador original As principais caracter sticas do ARToolKit s o tracking para posicionamento e orienta o de uma c mera marcadores que t m como padr o um quadrado de bordas pretas possibilidade de uso de qualquer marcador desde que o mesmo obede a ao padr o c digo simples para calibra o da c mera bom desempenho para aplica es de RA em tempo real distribui o multi plataforma por exempl
23. Atualmente a educa o m dica encara diversos desafios seja no campo das ci ncias biol gicas ou na rea tecnol gica e est o relacionados tanto forma o de futuros m dicos quanto atualiza o de profissionais j formados 235 Aplicac es M dicas usando Realidade Virtual e Realidade Aumentada A conjun o do r pido aumento dos novos resultados na rea biom dica e da constante evolu o das tecnologias associadas aos procedimentos cl nicos demanda uma constante atualiza o por parte dos profissionais da sa de Para que o conhecimento adquirido n o se torne rapidamente obsoleto imprescind vel expandir e refor ar formas de educa o permanente Por outro lado o ensino da pr tica cl nica requer contato direto entre estudantes de medicina e pacientes com a supervis o de m dicos e professores Entretanto os riscos de erros m dicos envolvidos nesta pr tica s o bastante significativos podendo ocasionar problemas de sa de para os pacientes e problemas ticos e judiciais para os profissionais m dicos Apesar da pouca difus o da educa o apoiada em computadores nas escolas m dicas existem v rias experi ncias sendo desenvolvidas Estes sistemas podem simular casos cl nicos em diferentes especialidades diminuindo a necessidade de contatos reais entre m dico e pacientes em fases Iniciais do aprendizado m dico Segundo Moline 1997 os ambientes virtuais prov em ferramentas educacionais qu
24. Moura G Costa L Teichrieb V e Kelner J 2007 miva Constructing a Wearable Platform Prototype Symposium on Virtual and Augmented Reality Barros P Pessoa D Leite P Farias R Teichrieb V e Kelner J 2006 Three Dimensional Oil Well Planning in Ultra Deep Water Symposium on Virtual Reality Porto Alegre Sociedade Brasileira de Computa o p 285 296 Teichrieb V Gomes Neto S Farias T Teixeira J Lima J Almeida G e Kelner J 2007 Augmented Ambient an Interactive Mobility Scenario HCI International 70 SECAO B TECNOLOGIA E PROJETO Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Capitulo 4 Ambientes de Hardware e Software para Aplicacoes de Realidade Virtual e Aumentada Bruno Barberi Gnecco Marcelo de Paiva Guimar es e Rodrigo Damazio Faculdade de Campo Limpo Paulista Caixa Postal Campo Limpo Paulista SP Brasil brunobg gmail com Centro Universit rio Adventista de S o Paulo Est de Itapecerica 5859 CEP 05858 001 S o Paulo SP marcelodepaiva gmail com rodrigo damazio org Abstract This chapter s objective is to present the most common hardware and software environments that can be used for Virtual and Aug mented Reality applications We begin by presenting and comment ing on the use of several hardware systems for processing such as personal computers commodity computer clusters and supercom put
25. Philosophy and Phenomenological Research 2005 351 370 p X Freitas C M D S et al Introdu o Visualiza o de Informa o Revista de Inform tica Te rica e Aplicada v 2 p 143 158 2001 Gadomski A M Patterns for Conceptualization of Knowledge on Technological Systems and Human Organizations 9th Polish Italian Finnish Conference on Systems Analysis and Decision Support in Economics and Technology Poland 1993 Grinstein G G Ward M O 2002 Introduction to Data Visualization Information Visualization in Data Mining and Knowledge Discovery U Fayyad G G Grinstein and A Wierse Morgan Kaufmann Publishers 21 45 Houaiss A Villar M D S Dicionario Houaiss da Lingua Portuguesa Dicion rio Houaiss da Lingua Portuguesa Objetiva Rio de Janeiro RJ 2925 p 2001 Inselberg A Dimsdale B 1990 Parallel Coordinates A Tool for Visualizing Multidimensional Geometry IEEE Visualization IEEE Computer Press 213 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Kandogan E 2000 Star Coordinates A Multi dimensional Visualization Technique with Uniform Treatment of Dimensions IEEE Symposium on Information Visualization 2000 Salt Lake City Utah Kato H Billinghurst M Poupyrev I ARToolKit version 2 33 Manual Novembro 2000 Keim D A 2002 Information Visualization and Visual Data Mining IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics 8 1 1
26. Realidade Virtual A Realidade Virtual RV uma interface avan ada do usu rio para acessar aplica es executadas no computador propiciando a visualiza o movimenta o e intera o do usu rio em tempo real em ambientes tridimensionais gerados por computador O sentido da vis o costuma ser preponderante em aplica es de realidade virtual mas os outros sentidos como tato audi o etc tamb m podem ser usados para enriquecer a experi ncia do usu rio A modelagem dos ambientes virtuais usando linguagens como VRML Virtual Reality Modeling Language VRML 97 2007 e sua sucessora X3D Walsh 2001 Web3d 2007 al m de outras linguagens e ferramentas de autoria permite ao usu rio visualizar ambientes tridimensionais movimentar se dentro deles e manipular seus objetos virtuais Os objetos virtuais podem ser animados apresentando comportamentos aut nomos ou disparados por eventos A Figura 1 1 mostra um exemplo de ambiente virtual visto no monitor Figura 1 1 Exemplo de aplica o de realidade virtual A intera o do usuario com o ambiente virtual um dos aspectos importantes da interface e est relacionada com a capacidade do computador detectar e reagir s a es do usu rio promovendo altera es na aplica o Bowman 2005 O usuario interagindo com um ambiente virtual tridimensional realista em Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es tempo real vendo as ce
27. al 2004 40 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Figura 2 8 Dist ncia entre duas retas que n o se cruzam Inicialmente representa se as retas p e o conforme uma reta no espa o tridimensional no qual residem p p e um ponto p qualquer de o e p p e um ponto p qualquer de o Estas retas tamb m s o parametrizadas por um coeficiente de inclina o ma e Mp respectivamente para oj e o As equa es para as duas retas podem ser visualizadas em 8 Pr Pa P tM Pro p 8 Po Dy Dy Po Pa A ilustra o da Figura 2 8 mostra que estas retas nao necessariamente se cruzam e portanto calcular dj de fato calcular a dist ncia entre elas A dist ncia entre duas retas definida pelos pontos de cada uma destas retas pelos quais seja poss vel construir um segmento de reta perpendicular a ambas denotada como r P Pr Gn 7 Pu 70 9 D Do CD pi Na representa o apresentada p e p s o os dois vetores que agora poderiam ser impostos como representantes destes dois pontos Portanto tomando se os vetores resultantes das diferen as entre p e p p p emr entre p e p emoi p pP e entre p p em o p p imp e se as restri es da perpendicularidade entre as retas o e r e entre o e r Desta 41 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es maneira em 9 os produtos escalares ent
28. cnicas para navega o As t cnicas de intera o para navega o s o Locomo o F sica Direcionamento Planejamento de Rotas Baseadas em Alvo Manipula o Manual Travel by Scaling Orienta o do Viewpoint Especifica o da Velocidade e Controles Integrados da 61 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Camera para Ambientes Desktop 3D Em Bastos 2006 encontra se uma descri o detalhada de cada uma destas categorias com suas t cnicas associadas bem como suas caracter sticas A Figura 3 3 ilustra o uso da t cnica Zoomback para navegacao por um cen rio de planejamento de pocos de petr leo gerado pela ferramenta Vis Petro Barros et al 2006 Esta navegacao realizada escolhendo o ponto de vista desejado no botao Sel da barra de ferramentas lateral que levar o usuario diretamente ao local definido por aquele ponto de vista Esta t cnica permite explorar o cen rio sob diversos ngulos de visualiza o na figura o usu rio tem uma vis o em perspectiva do cen rio completo lll OGRE Render Window Fundo marinho 1 Cabeca de Poco 1 Pull Point Pull Point Propriedades Posicao X Posicao Y Posicao Z Figura 3 3 Vis Petro tecnica Zoomback para navegacao baseada em alvo Imagem cortesia Grupo de Pesquisa em Realidade Virtual e Multimidia da Universidade Federal de Pernambuco 2006 62 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac
29. como acontece com sistemas de multim dia e Tri dimensional Significa que o ambiente que cerca o usu rio representado em tr s dimens es 3D e al m disso que existem recursos que d o a id ia de que o ambiente possui profundidade e que o usu rio pode mover se atrav s dele e Multisensorial Significa que mais de uma modalidade sensorial usada para representar o ambiente como sentido visual sonoro espacial de profundidade de rea o do usu rio com o ambiente etc e Imersivo Entende se aqui mais do que olhar e ouvir um display vindo de um monitor o display necessita criar a impressao de que se esta dentro do ambiente produzido computacionalmente Normalmente um sistema imersivo obtido com o uso de capacetes de visualiza o mas outros sentidos como o som e controles reativos s o tamb m importantes by e Interativo Refere se capacidade do computador detectar as entradas do usu rio e modificar instantaneamente o mundo virtual e as a es realizadas sobre ele e Real stico Envolve a precis o com que o ambiente virtual reproduz os objetos reais as intera es com os usu rios e o pr prio modelo do ambiente e Com presen a Caracteriza se como sendo um sentido subjetivo respons vel por dar ao usu rio a impress o de que ele est fisicamente dentro do ambiente virtual Como para qualquer sistema de software a constru o de ambientes virtuais requer um processo de desenvolvimento
30. comunica o r pida e manipula o cir rgica segura Isto envolve o uso tanto de equipamentos de visualiza o 3D quanto de manipula o do campo cir rgico que disponibilizem ao cirurgi o recursos para a realiza o dos procedimentos adequados mesmo estando distante do paciente No local aonde a cirurgia realizada necess rio um conjunto de itens que realizem a cirurgia no paciente Neste caso os rob s s o imprescind veis assim como uma rede que permita o envio e a recep o dos comandos de maneira r pida e segura Current 2007 Estas tecnologias abrem novas possibilidades de tratamento para pessoas que se encontram distantes de grandes centros urbanos ou em situa es de guerras Algumas dessas cirurgias podem utilizar os recursos da RA que superimp e imagens geradas a partir de exames de RMN ou TC em imagens reais 11 8 3 Suporte a defici ncias Um outro tipo de aplica o m dica da RA ajuda pessoas que possuem degenera es na retina que geram manchas negras sobre as cenas e requerem a integra o de c meras aos HMDSs permitindo que o usu rio visualize imagens reais alteradas para suprir essa defici ncia visual A Figura 11 4 apresenta um exemplo de aplica o onde as Imagens reais a est o sofrendo um deslocamento em dire o s bordas de uma rea cega b permitindo que o usu rio enxergue as Imagens que estariam localizadas dentro dessa rea mancha negra Farago 2005 238
31. deve ser confor t vel para desenvolvedores e usu rios Esta es de trabalho com mesas e cadeiras apropriadas devem estar dispon veis para o de senvolvimento por m sem invadir o espa o destinado ao uso do sistema Os usu rios do sistema podem ficar sentados ou em p dependendo dos dispositivos de intera o utilizados O ideal que exista Isolamento sonoro na sala assim o sistema n o sofrer com ru dos externos Outro item a ser observado que o sistema el trico deve ser suficiente para suprir a pot ncia requerida dos equipamen tos Al m disto deve se preocupar com a ilumina o o ideal que o sistema seja montado em um ambiente com luz controlada Assim em um sistema de RV a luz n o interferir nas imagens projetadas na tela e em um sistema de RA a ilumina o poder ser corretamente calibrada para que os marcadores sejam detectados pela c mera do sistema sem problemas Como os computadores e equipamentos s o fontes gerado ras de calor a temperatura ambiente deve tamb m ser controlada requerendo ent o o uso de ar condicionado Se houver uma quanti dade grande de m quinas como um cluster servidores roteado res deve se pensar em isolar as m quinas em uma sala especial Al m de geram uma quantidade apreci vel de calor eles s o ruido SOS e em raras ocasi es necess rio acessa los fisicamente de forma que o isolamento tamb m uma medida de seguran a e con trole Todos os c
32. dist ncia entre a Realidade Virtual e a Computa o Ubiqua mundo real no sentido de que a transi o entre os extremos do Cont nuo de Milgram Milgram 1994 ir se tornar cada vez mais suave e transparente ou como na proposta de Tecnologia Calma de Weiser Weiser 1995 mais calma e invis vel Com a possibilidade de mobilidade dos usu rios outra tend ncia dos ambientes de RV e RA o das aplica es sens veis localiza o O uso de servi os e informa es disponibilizados em fun o da localiza o do usu rio apresenta grande potencial para novas formas de Colabora o Em ambientes como o OCAR e MARS o usu rio tem acesso informa o no pr prio local ancorado ao mundo f sico e com possibilidade de interagir e de modific la Ao observar isto H llerer 1999 chega a afirmar que o mundo se torna a interface Estes sistemas podem significar o In cio do WorldBoard proposto por Spohorer 1997 um hipertexto espacial com abrang ncia mundial de informa es ancoradas a locais e objetos f sicos 9 6 Refer ncias Bibliogr ficas Active Worlds http www activeworlds com Acesso em Jan 2007 Azuma R Baillot Y Behringer R Feiner S Julier S Macintyre B 2001 Recent advances in augmented reality IEEE Computer Graphics and Applications v 21 n 6 Nov Dez pp 34 47 Billinghurst M Cheok A Prince S Kato H 2002 Real world teleconferencing Computer Graphics and App
33. erroneamente que os usu rios realizar o tarefas da mesma maneira que antes apenas um pouco melhor devido ao sistema de RV Esta abordagem erra quando os usu rios podem realizar tarefas com este sistema que n o poderiam fazer antes ou de maneira indiscutivelmente diferente da anterior 5 3 Exemplos de Ambientes Virtuais Uma s rie de ambientes e aplica es de ambientes virtuais foram desenvolvidos valendo se do processo de desenvolvimento proposto nas se es anteriores Alguns desses ambientes virtuais s o destacados a seguir e Museu Virtual um ambiente virtual que representa um Museu Hist rico de visita o p blica representando uma r plica das salas e objetos existentes no museu Kirner 1999 103 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es e Ambiente de Visualiza o de Informa o um ambiente que combina recursos de realidade virtual e visualiza o de informa o servindo como uma ferramenta de visualiza o de dados Kirner 2000 e Ambiente de Com rcio Eletr nico Trata se de um ambiente virtual que segue uma met fora de um shoping center para vendas atrav s da Internet Kirner 2003 e Ambiente Colaborativo para a Educa o um ambiente multi usu rio baseado na teoria pedag gica do construcionismo funcionando na Internet para suporte a diferentes aplica es educacionais Kirner 2001 Kawamoto 2006 e M quina de Medir por Coordenadas O ambiente
34. es 3 2 3 1 Considera es sobre Implementa o Existe uma quantidade bastante variada de t cnicas de intera o para navega o dispon veis na literatura Por isso a simplicidade do uso da t cnica deve ser levada em considera o por exemplo t cnicas baseadas no alvo s o simples para se movimentar at um objeto espec fico enquanto t cnicas de direcionamento s o mais apropriadas quando se deseja realizar uma busca 3 2 4 Entrada Simb lica Existem diversas situa es onde entrada simb lica em aplica es seria til tais como deixar uma carta uma anota o precisa para o projetista em um passeio arquitet nico entrar nomes de arquivos para opera es de abrir salvar adicionar nomes a objetos virtuais especificar propriedades num ricas por exemplo largura e posi o e especificar par metros em uma visualiza o cient fica Estas aplica es podem ser generalizadas em cen rios que envolvem mundos virtuais imersivos ou mundos aumentados Nestes mundos uma t cnica comum de entrada de texto n mero demandada entrada via teclado por exemplo e uma entrada de voz somente n o seria suficiente para o usu rio interagir com o mundo T cnicas de entrada simb lica para interfaces 3D s o diferentes de t cnicas tradicionais por exemplo teclado pelas diferen as inerentes entre interfaces 3D n o desktop e 2D Plataformas m veis usam entrada baseada em caneta na qual o usu rio escreve caracteres
35. espa o 3D e permitem o uso de intera es multimodais possibilitando maior riqueza de detalhes melhores t cnicas de Intera o e mais desempenho 18 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es O cap tulo 12 deste livro aborda as quest es de visualiza o apoiada por realidade virtual e aumentada mostrando exemplos e tend ncias 1 4 Conclus es Realidade virtual e realidade aumentada s o reas recentes do conhecimento que v m dando aos usu rios melhores condi es de Intera o com aplica es computacionais propiciando a eles Intera es naturais e potencializa o de suas capacidades Para isso muitos recursos s o utilizados envolvendo hardware software perif ricos redes tecnologias especiais t cnicas de projeto e avalia o e o desenvolvimento de aplica es Este livro agrupa v rias quest es envolvidas com o uso de realidade virtual e realidade aumentada para facilitar a vida das pessoas considerando os conceitos e tend ncias assim como os aspectos de tecnologia projeto e aplica es Este cap tulo teve como objetivo dar uma vis o conceitual de realidade virtual e aumentada incluindo tend ncias al m de apresentar um resumo do que o leitor ir encontrar na sequ ncia de leitura 1 5 Refer ncias Bibliogr ficas Azuma R 1997 A Survey of Augmented Reality Presence Teleoperators and Virtual Environments v 6 n 4 August p 355 385 Azuma R
36. imagem veja Figura 2 14 Estas linhas s o desenhadas conforme recebem os dados de cada requisi o ficando limitada ao tr fego da rede e tamb m de suas caracter sticas 46 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es RAW Cam Pos x 121 8 y 26 4 z 292 6 RAW Cara Pos x 147 6 y 6 3 z 279 1 E Figura 2 9 Execucao do ARTracker mostrando as duas c meras conectadas cada uma a um computador coluna da esquerda Execucao do ARViewer coluna da direita mostrando o eixo ortogonal sobre o plano quadriculado que representa o eixo de coordenadas de refer ncia do marcador Os frustrums de cada camera tambem sao exibidos bem como as retas do eixo optico de cada camera p e o Depois de receber os dados de cada inst ncia do ARTracker ou seja de posse dos par metros da c mera e das coordenadas p da proje o do objeto sobre a imagem o problema passa a ser apenas encontrar os pontos Pc e P de cada camera de acordo com o sistema de coordenadas do marcador Para se obter o Pc basta recuperar a ltima coluna da matriz de proje o Mr Note que existe uma matriz de proje o para cada c mera A informa o que se tem sobre os pontos p no entanto ainda residem no plano da imagem e portanto sao bidimensionais com coordenadas xy yj preciso antes de tudo corrigir sua distor o aplicando se a matriz de calibra o ou seja calcular x y de acordo com 15 47 Realidade Virtua
37. m das t cnicas sofisticadas para os comportamentos dos agentes certas situa es em JE e RV exigem comportamentos consistentes que nao quebrem a imersao mas que sao aplicados nao a um mas a um grupo de agentes O importante n o o comportamento individual de cada agente mas o seu comportamento global como um grupo Neste sentido t cnicas de Vida Artificial VA trazem realismo para simulacao de grupos como um grupo de animais ou uma multidao de pessoas T cnicas de VA tamb m podem ser utilizadas na evolu o do comportamento dos agentes Resultados muito interessantes destas t cnicas podem surgir devido ao seu car ter emergente situa es n o previstas explicitamente inicialmente pelos desenvolvedores 204 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es podem emergir da intera o dos diversos agentes entre si e com o meio levando a experi ncias mais ricas e din micas nestes ambientes 10 3 Jogos e Realidade Virtual Est cada vez mais freq ente o uso de JE como ferramentas ou objetos de pesquisa no meio cient fico Rosenbloom 2003 Devido grande populariza o e demanda por poder de processamento visual os jogos eletr nicos se tornaram o norteador do desenvolvimento de microcomputadores com alta capacidade gr fica Por serem explorados como produto de massa os jogos eletr nicos ainda se limitam a plataformas computacionais de baixo custo Por influ ncia desta condi o os computa
38. o centradas nos aspectos t cnicos 246 Aplicac es M dicas usando Realidade Virtual e Realidade Aumentada relacionados principalmente ao desempenho do programa que controla procedimentos m dicos defini o e implementa o dos meios de armazenamento de dados aos meios de comunica o utilizados estrutura l gica metodologias e padr es de qualidade do processo de desenvolvimento As quest es humanas tratam dos impactos dos programas nos seus usu rios verificam se o programa est resolvendo o problema almejado pelos usu rios e se o est resolvendo de maneira correta ou ainda se est expondo o usu rio a algum tipo de risco ou desconforto dentre outros O uso de ambientes virtuais 3D na rea de sa de pressup e o respeito aos pacientes considerando estes fatores ticos No caso da tecnologia de RV v rios trabalhos focam nas quest es envolvidas na imersao Lewis 1997 Existem variados fatores que podem influenciar a gerac o de problemas sendo que alguns sao associados a aspectos t cnicos do equipamento e constru o do ambiente enquanto outros s o inerentes ao pr prio usu rio Pessoas de idade mais avan ada podem ter problemas ao usar um capacete de proje o estereosc pica A limita o do campo de vis o gerada por estes equipamentos tamb m pode contribuir para a ocorr ncia de sensa es desagrad veis nos usu rios Logo precau es especiais devem ser tomadas para assegurar a seguran
39. o de manuten o de aeronaves a partir de um modelo CAD A Figura 8 13 mostra o sistema em uso e o esquema da plataforma utilizada 164 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es l Su i Bowl pr ih 4 ar roll wer i T Harzi end affecitor i se me Ciar l 2 ps abri mi 1 hae Na T Tias ta a Figura 8 13 Manuten o de uma aeronave com aux lio de RV e sistemas h pticos Fonte Borro 2004 Na avia o o uso de simuladores para o treinamento de pilotos t m sido largamente utilizado h v rios anos Atualmente um piloto precisa ter um n mero m nimo de horas nestes simuladores para poder receber seu brev A empresa de avia o brasileira VARIG possui um destes sistemas para o modelo de avi o Boeing 747 Neste simulador pos vel simular pousos e decolagens com riqueza de sensa es f sicas Figura 8 14 Figura 8 14 Simulador de v o da VARIG Fonte http pauloribeiro tripod com simulador html Acesso em mar o de 2007 8 5 Refer ncias Bibliogr ficas Basdogan C et al 2004 Haptics in Minimally Invasive Surgical Simulation and Training IEEE CG amp A v 24 n 2 pp 56 64 165 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Borro D et al 2004 A Large Haptic Device for Aircraft Engine Maintainability IEEE CG amp A v 24 n 6 pp 70 74 Bouzit M Popescu G Burdea G and Boian R 2002 T
40. s mbolos ou outros gestos com uma caneta no dispositivo Algumas dessas t cnicas j foram usadas em interfaces 3D utilizando este tipo de dispositivo para intera o As t cnicas de intera o para entrada simb lica s o Baseadas em Teclado Baseadas em Caneta Baseadas em Gestos e Baseadas na Fala Estas categorias e suas caracter sticas sao detalhadamente descritas em Bastos 2006 63 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es A Figura 3 4 ilustra um teclado virtual que aplica a t cnica de interac o Teclado Soft para entrada de texto na aplicacao mivaDesk Teixeira et al 2007 O usuario interage com o mesmo simulando o toque nas teclas de um teclado convencional colocando o cursor controlado por um tracker sobre a tecla virtual desejada e fazendo uma postura de sele o com uma luva Figura 3 4 mivaDesk t cnica Teclado Soft para entrada simb lica baseada em teclado Imagem cortesia O Grupo de Pesquisa em Realidade Virtual e Multim dia da Universidade Federal de Pernambuco 2006 3 2 5 T cnicas de Intera o Espec ficas para Realidade Aumentada T cnicas de intera o espec ficas para interfaces de AR foram concebidas a fim de aproveitar caracter sticas inerentes deste tipo de interface tais como a possibilidade de intera o do usu rio tanto com objetos virtuais quanto reais durante a utiliza o da aplica o e a mobilidade 64 Realidade Virtual e Aumentada Conceit
41. tornando sua Instala o e seu software mais complexos Uma proposta recente de dispositivo de entrada em ambien tes virtuais o uso de PDAs Personal Digital Assistant PDAs s o pequenos e leves f ceis de manipular e possuem conectividade sem fios Suas telas permitem manipular facilmente a simula o e s o f ceis de integrar aos aplicativos existentes sendo que sua des vantagem consiste na perda de imers o que ocorre quando o usu rio move seus olhos das telas do ambiente para a tela do PDA Guimar es et al 2004 Por fim outra possibilidade de intera o o uso de reco nhecimento de voz onde comandos ditos em voz alta s o processa dos pelo aplicativo uma forma natural e tem a vantagem de libe rar as m os e bra os para outras tarefas mas as limita es atuais de compreens o de linguagem por computadores fazem na limitada h tamb m o problema do ru do ambiente ou o pr prio som emiti do pelo aplicativo interferindo com a captura do udio 81 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Um dos dispositivos de entrada mais importante para as aplica es de RA s o as c meras pois as imagens delas possibili tam a localiza o dos objetos reais e o alinhamento espacial do mundo real com o virtual O principal fator que influ ncia o uso das c meras sua resolu o sendo tamb m importante notar que o sistema de ilumina o do ambiente tem alta influ ncia no proces
42. 1986 Para que haja colabora o os membros de uma equipe precisam trocar informa es se comunicar organizar se se coordenar e operar em conjunto num espa o compartilhado cooperar Baseado nestes conceitos na Figura 9 1 apresentado o diagrama do Modelo 3C de Colabora o Fuks et al 2005 um refinamento do modelo proposto por Ellis Gibbs e Rein 1991 LINE T Coordena o gera compromissos demanda gerenciados pela Coopera o organiza as tarefas para Figura 9 1 Modelo 3C de Colabora o 170 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Comunica o a a o de trocar mensagens para que haja entendimento comum das id ias discutidas Na Colabora o a Comunica o direcionada para a a o Fuks et al 2003 Os participantes de um grupo de trabalho trocam id ias e pontos de vista apresentam seus argumentos e discutem com a finalidade de realizar negocia es tomar decis es e firmar compromissos Coordena o a a o de dispor segundo uma certa ordem e m todo organizar arranjar A Coordena o tamb m est associada id ia de planejamento Fazem parte da Coordena o a identifica o de objetivos o mapeamento dos objetivos em tarefas a sele o dos participantes e a distribui o das tarefas Atrav s da Coordena o as tarefas atribu das aos diferentes participantes s o realizadas na ordem e no tempo previstos e de acordo co
43. 8 Keim D A Kriegel H P 1994 VisDB Database Exploration Using Multimensional Visualization IEEE Computer Graphics and Application 14 5 16 19 Kirner C Tori R Introdu o Realidade Virtual Realidade Misturada e Hiper realidade In Ed Realidade Virtual Conceitos Tecnologia e Tend ncias S o Paulo SP 2004 Introdu o Realidade Virtual Realidade Misturada e Hiper realidade p 3 20 Kirner C Virtual Environment for Shared Interactive Visualization In IV Workshop on Information Technology Cooperative Research with Industrial Partners between Germany and Brazil 1997 Proceedings of the 4th Workshop on Information Technology Cooperative Research with Industrial Partners between Germany and Brazil Porto Alegre RS LeBlanc J Ward M O et al 1990 Exploring N Dimensional Databases Proc IEEE Visualization 90 San Francisco CA Martins V F Processo de Desenvolvimento de Ambientes e Aplica es de Realidade Virtual 2000 Disserta o Ci ncia da Computa o Universidade Federal de S o Carlos 274 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Meiguins B S et al Multidimensional Information Visualization Using Augmented Reality VIII Symposium on Virtual Reality Bel m PA 2006 Pickett R M Grinstein G G 1988 Iconographic Display for Visualizing Multimensional Data IEEE Conf on Systems Man and Cybernetics Piscataway NJ IEEE Press
44. A Blender 3D Guia do Usu rio Editora Novatec S o Paulo 2006 Farias T S M C and Pessoa S A and Teichrieb V and Kelner J O Engine Gr fico OGRE In SRV 2006 VIII Symposium on Virtual Reality Bel m Par FialaM ARTag a fiducial marker system using digital techniques Proceedings of the 2005 IEEE Computer Society Conference on Computer Vision and Pattern Recognition CVPR 05 Volume 2 Volume 02 Pages 590 596 Guimaraes M P Um ambiente de desenvolvimento de aplica es de Realidade Virtual baseadas em aglomerados gr ficos Tese de doutorado Escola Polit cnica da Universidade de Sao Paulo Dezembro 2004 MacIntyre B Gandy M Dow S Bolter J D Tools DART a toolkit for rapid design exploration of augmented reality experiences Proceedings of the 17th annual ACM symposium on User interface software and technology UIST 04 Publisher ACM Press 2004 Netto J C M Moraes R M Machado L S Um Estudo Comparativo de Ferramentas para a Cria o de Jogos Educacionais Baseados em Realidade Virtual Anais do II Workshop de Aplica es de Realidade Virtual WARV 2006 Novembro Recife Brasil 2006 127 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Rocha EJ T S Forge 16V Um Framework para Desenvolvimento de Jogos Isom tricos Disserta o de mestrado Universidade Federal de Pernambuco Recife Dezembro 2003 Silva R J M Wagner G N
45. Aplicac es M dicas usando Realidade Virtual e Realidade Aumentada Figura 11 4 Imagem original a e imagem transformada b 11 8 4 Reabilitac o A RV tamb m tem sido explorada para apoiar o tratamento de diferentes seq elas motoras e cognitivas derivadas de dist rbios ou danos cerebrais Em geral os ambientes virtuais possibilitam uma variedade de associa es n o poss veis com outras interfaces homem m quina devido s qualidades multisensoriais e espaciais destes ambientes contribuindo para o enriquecimento das aplica es na rea de reabilita o Se uma pessoa sofre algum dano cerebral uma ou v rias fun es motoras ou cognitivas podem se tornar deficientes Para recuper las preciso empreender estrat gias terap uticas espec ficas para cada tipo de defici ncia detectada As pessoas que sofreram um Acidente Vascular Cerebral AVC em geral sofrem de sequelas motoras que s o facilmente observadas mas tamb m fun es cognitivas podem ser danificadas Neste sentido Holden et al 2006 prop em um sistema voltado para a telereabilita o O ambiente permite ao terapeuta conduzir sess es Interativas para o tratamento de pessoas com problemas motores nas m os e que est o em suas casas Um grupo de pesquisadores da UFRJ e UERJ v m desenvolvendo 299 Aplicac es M dicas usando Realidade Virtual e Realidade Aumentada experimentos com ambientes virtuais 3D para estimular a realiza o de ativi
46. Design of an Athletic Tangible Interface for Computer Supported Cooperative Play In ACM CONFERENCE ON HUMAN FACTORS IN COMPUTING SYSTEMS 1999 Anais 1999 217 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Jacobson J and Hwang Z UnrealTournament for Immersive Interactive Theater In Communicatins of the ACM 45 1 39 42 2002 Jebara T Eyster C Weaver J Starner T Pentland A Stochasticks Augmenting the Billiards Experience with Probabilistic Vision and Wearable Computers In INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON WEARABLE COMPUTERS 1 1997 Anais IEEE 1997 p 138 145 Kim I Lee H Kim H Magic Mirror A new VR platform design and its applications In ACM SIGCHI ADVANCES IN COMPUTER ENTERTAINMENT 2004 Anais ACM 2004 p 343 348 Kim K et al ARPushPush Augmented Reality Game in Indoor Environment In INTERNATIONAL WORKSHOP ON PERVASIVE GAMING APPLICATIONS 2005 Anais 2005 Kumagi J Fighting in the streets In IEEE Spectrum 38 2 68 71 2001 Lee W Woo W Lee J TARBoard Tangible Augmented Reality System for Table top Game Environment In INTERNATIONAL WORKSHOP ON PERVASIVE GAMING APPLICATIONS 2005 Anais 2005 Lewis M Jacobson J 2002 Game Engines in Scientific Research In Communications of the ACM Vol 45 No 1 p 27 31 Losh E Making Things Public Democracy and Government Funded Videogames and Virt
47. Eli OO ald s oe 2 f Zo f zo Este modelo ficaria mais sint tico se fosse representado na forma matricial 3 NR o Yile ot Xo lc A representa o do modelo de proje o por coordenadas homog neas particularmente util pois neste sistema de coordenadas um ponto em um plano representado como uma linha no espa o Qualquer representa o em coordenadas cartesianas para ser transformada em coordenadas homog neas deve ter uma dimens o a mais que escale as dimens es originais No exemplo em 4 um ponto como coordenada cartesiana em duas dimens es transformado em um ponto como coordenada homog nea com as dimens es originais acrescidas de um fator de escala w Schalkoff 1989 x w X X OS y w 4 y i l H W lu Analogamente para um ponto de tr s dimens es em coordenadas cartesianas o exemplo 5 mostra a transforma o para coordenadas homog neas usando o fator de escala w 35 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es x w X i Ww pm y E y 5 zlw Z z i l H Wu Perceba que as coordenadas com fator de escala normalizado w 1 ou n o representam o mesmo ponto Voltando ao relacionamento entre p e Po observe que 3 poderia ser reescrito em coordenadas homog neas de acordo com 6 Xo x aa n f 000 o Y E a DN e zp 0f020f 6 1 0 0 1 Of 7 0 0 1 0 1 H A profundidade do objeto zo que multiplica p pode ser interpretada como um fator de escala ou
48. G Oliveira S rgio R Delfino Larissa Pavarini lldeberto A Rodello Jos Remo F Brega e Antonio C Sementille 12 Visualiza o de Informa o com Realidade Virtual e AUMOA Renter ere nent ree eee mea a a era 256 Ezequiel Roberto Zorzal Luciano Ferreira Silva Alexandre Cardoso Claudio Kirner e Edgard Lamounier Jr Secao D AULOFGS ciconia d e bes assada a a 276 Robson Augusto Siscoutto Organizador SE O A CONCEITOS Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Capitulo 1 Fundamentos de Realidade Virtual e Aumentada Claudio Kirner e Robson Augusto Siscoutto Faculdade de Ci ncias Exatas e da Natureza Universidade Metodista de Piracicaba UNIMEP Rodovia do Ac car Km 156 13400 911 Piracicaba SP Brasil Centro Universit rio Adventista de S o Paulo UNASP Est de Itapecerica 5859 CEP 05858 001 Sao Paulo SP Brasil ckirner unimep br gt Faculdade de Ci ncia e Tecnologia Universidade de Cuiab UNIC Av Beira Rio 3100 78015 480 J ardim Europa Cuiab MT Brasil robson unic br Abstract Virtual reality and augmented reality are areas related to new user interface generation making easy and improving the user interaction with computational applications This chapter presents the concepts of virtual and augmented reality showing the aspects of technology design and application to be addressed in this book Realidade Virtual e Aumentada Conceit
49. J Mater Sci Mater Med February Hennel J W Klinowski J 1993 Fundamentals of Nuclear Magnetic Resonance Longman Scientific amp Technical Essex England Hirota G Maheshwari R Lin M C 1999 Fast Volume Preserving Free Form Deformation Using Multi Level Optimization SIGGRAPH ACM Special Interest Group on Computer Graphics and Interactive Techniques Michigan pp 234 245 Johanson M 2005 Stereoscopic Video Transmission over the Internet Proceedings of WIAPP 01 San Jose Julho Johnson R E Foote B 1988 Designing reusable classes Journal of Object Oriented Programming v 1 n 2 pp 22 35 Lau R W H Chan O Luk M Li F W B 2002 A collision detection framework for deformable objects ACM VRST 02 pp 113 120 Lewis C Griffin M 1997 Human Factors Consideration in 251 Aplica es M dicas usando Realidade Virtual e Realidade Aumentada Clinical Applications of Virtual Reality Virtual Reality in Neuro Psycho Physiology Ed Giuseppe Riva IOS Press Lipton L 2005 Foundations of the Stereoscopic Cinema Van Nostrand Reinhold Co pp 77 79 Machado L S 2003 A Realidade Virtual no modelamento e Simula o de Procedimentos Invasivos em Oncologia Pedi trica Um estudo de caso no Transplante de Medula ssea Tese de Doutorado Escola Polit cnica de Sao Paulo Sao Paulo Meneses M S et al 2002 Estereoscopia aplicada a
50. Neuroanatomia estudo comparativo entre t cnicas de filtro de cores e de polariza o Directory of Open Access Journals vol 60 pp 769 774 Moline J 1997 Virtual Reality for Health Care a Survey Virtual Reality in Neuro Psycho Physiology Ed Giuseppe Riva IOS Press Holanda Montanha F Nunes F L S 2005 Constru o de Atlas de Anatomia e Fisiopatologia do C ncer de Mama utilizando Realidade Virtual XVIII Sibgrapi IV WIDCGPI Monteiro B Valdek M Cunha I Moraes R Machado L 2006 Anotoml 3D Um Atlas digital baseado em realidade Virtual para o ensino de medicina VIII Symposium on Virtual Reality pp 3 14 Neuroimage 2006 Resson ncia magn tica de cr nio convencional Em www neuroimaging com Visitado em dezembro de 2006 North M M North S M Coble J R 1998 Virtual Reality 2252 Aplica es M dicas usando Realidade Virtual e Realidade Aumentada Therapy an effective treatment for phobias Virtual Environments in Clinical Psychology and Neuroscience los Press Amsterdam O Sullivan C Dingliana J Ganovelli F Bradshaw G 2001 Collision Handling for Virtual Environments Eurographics Tutorial Oliveira A C M T G Pavarini L Nunes F L S Botega L C Justo D R Bezerra A 2006 Virtual Reality Framework for Medical Training Implementation of a deformation class using Java ACM SIGGRAPH International Confer
51. OpenSG podem ser executadas atualmente nos sistemas operacionais Windows Linux MacOSX Solaris e outros Pode ser encontrada em http www opensg org 6 3 5 Crystal Space Crystal Space um engine para o desenvolvimento de aplica es 3D escrito em C Ele um software open source que suporta Microsoft Windows Linux Unix e Mac OS X Sua documenta o boa com exemplos de suas capacidades b sicas e h um editor 119 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es de cen rios Destaca se nesta ferramenta a modularidade de seus componentes visto que funcionam de maneira independente uns dos outros Seu site http www crystalspace3d org Crystal Space disponibiliza diversas funcionalidades como suporte a OpenGL em todas as plataformas SDL em todas as plataformas SDL X11 UNIX e Linux e SVGALib Linux mapeamento de texturas com perspectiva de sombreamento mipmapping precisao de sub pixel e sub texel uso de portais para delimita o de reas permitindo renderiza o seletiva da geometria do ambiente ilumina o est tica com sombreamento pr calculado ilumina o din mica colorida com sombreamento transparente e semitransparente espelhamento suporte a rvores BSP suporte a superf cies curvas suporte a corre o de profundidade e neblina volum trica colorida sistema hier rquico de detec o de colis o teste de visibilidade baseado em z buffer suporte a sons 3D movim
52. Rebinning IEEE Transactions on Nuclear Science Zill D G 2003 Equa es Diferenciais com aplica es em Modelagem Thomson 255 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Capitulo 12 Visualizacao de Informacao com Realidade Virtual e Aumentada Ezequiel Roberto Zorzal Luciano Ferreira Silva Alexandre Cardoso Claudio Kirner e Edgard Lamounier J r Programa de P s Graduac o em Engenharia El trica Universidade Federal de Uberlandia UFU CEP 38 400 902 Uberlandia MG Brasil ezorzal gmail com luciano mat ufu br alexandre ufu br lamounier ufu br Programa de P s Gradua o em Ci ncia da Computa o Universidade Metodista de Piracicaba UNIMEP CEP 13 400 911 Piracicaba SP Brasil ckirner unimep br Abstract Using Visualization of Information techniques by computational resources it is possible to convert numerical data and to show them visually by the use of images or other sensorial stimulus providing a better comprehension Recent studies have shown that the three dimensional visualization of information brings advantages for the people being able efficiently to be carried through the use of Virtual and Augmented Reality environment 256 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es There are a lot of developed applications making use of some of these methods This chapter presents definitions techniques methodolo
53. Veja na Figura 2 5 que os eixos das c meras devem tamb m residir em um mesmo plano Py plano epipolar x a plano epipolar c Figura 2 6 Modelo de proje o binocular que n o obedece a restri o epipolar Observe que o plano aq contendo a linha base e a reta p e o plano a contendo a linha base e a reta p2 s o distintos 38 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Para garantir essa restri o ou pelo menos minimiz la preciso criar um mecanismo que possa medir a dist ncia dj entre as duas retas p e o dos objetos de cada c mera ou ent o construr uma montagem suficientemente precisa e acurada que permita localizar a c mera em ngulos e posi es fixas e mensur veis veja a Figura 2 6 A alternativa proposta neste trabalho usar como refer ncia comum um marcador Embora o ARToolkit recupere a posi o do marcador com pouca precis o este exerc cio permitir que se prescinda de uma estrutura montada em uma trave ou mecanismos que assegurem o posicionamento e a pose das c meras O sistema de coordenadas do marcador obtido com o rastreamento desse marcador do qual identificado na imagem aquele objeto mais similar a um quadrado e ent o seus quatro cantos s o extra dos Cada um destes quatro cantos s o origens de 3 vetores nas dire es dos outros 3 cantos Esta abordagem exposta com mais detalhes em Kato et al 1999 No ARTo
54. acordo com as dimens es do Modelo 3C Deve se notar que o fato de uma aplica o ser classificada segundo uma das 3 dimens es do Modelo 3C n o implica que ele nao contenha funcionalidades das demais dimens es 9 2 3 Realidade virtual e aumentada para a colaboracao A id ia de colaborar em espacos virtuais nao nova Sistemas experimentais utilizando RV para Colabora o sao usados ha d cadas mas apenas recentemente comecaram a sair das esferas acad micas e militares Esse aumento de popularidade se deve principalmente ao aumento da capacidade de processamento das m quinas e sua redu o de custos bem como a disponibilidade cada vez maior de redes com alta velocidade Assim ambientes virtuais colaborativos t m conseguido bastante popularidade com os jogos multi usu rios e comunidades virtuais tais como o Second Life Secondlife 2007 173 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Em paralelo o desenvolvimento de sistemas de RA tamb m se volta para aplica es colaborativas Com a RA usu rios co localizados podem compartilhar objetos reais e virtuais em meio a um espaco comum no mundo real n o precisando estar diante de um computador A introdu o de objetos virtuais no espa o compartilhado til nao s para possibilitar que o grupo manipule objetos inexistentes no mundo real mas tamb m para aumentar os objetos reais com informa es que sao consultadas e modificadas pelos usu rio
55. anteriormente neste texto da atividade batizada como serious games ou seja a utiliza o das ferramentas e m todos caracter sticos do desenvolvimento de Jogos para aplica es diferentes do entretenimento De modo geral essa tend ncia se apresenta cada vez mais forte e mostrando ainda um grande potencial de crescimento exemplificado por resultados favor veis em um n mero crescente de aplica es e reas do conhecimento Peters e Itti 2006 apresentam pesquisas voltadas a prever o comportamento do usu rio e a possibilitar a cria o de agentes com um comportamento mais humano Este um exemplo de evolu o conjunta que pode ser aplicada tanto aos jogos eletr nicos como em aplica es cient ficas Neste aspecto a tend ncia atual aumentar a complexidade dos comportamentos fazendo uso de t cnicas de aprendizagem para que os agentes possam se adaptar melhor s diversas situa es que surgem nestes ambientes incluir conceitos de computa o afetiva tanto no processo de infer ncia quanto na representa o externa que os usu rios t m acesso t cnicas que permitam aos agentes apresentar comportamentos 214 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es mais voltados a objetivos como no modelo Belief Desire Intention de agentes t cnicas de Sistemas Multi Agentes para a coopera o entre os agentes na solucao de problemas 10 6 Conclusao Este cap tulo apresentou os principais conce
56. cido para 67 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es visualiza o e uma luva com tracker para intera o e caminha por um espa o f sico Teixeira et al 2007 Uma vez tendo marcadores fiduciais no seu campo de vis o a aplica o reconhece os mesmos e exibe as obras de arte virtuais na cena A Figura 3 7 ilustra o usu rio andando fisicamente pelo ambiente Figura 3 7 T cnica Walking para navega o Imagem cortesia Grupo de Pesquisa em Realidade Virtual e Multim dia da Universidade Federal de Pernambuco 2006 3 2 5 4 Reconhecimento de Gestos Pen Stroke Esta t cnica reconhece o movimento de uma caneta por exemplo sobre a tela touch screen de um handheld ou smartphone Figura 3 8 Com o uso crescente de dispositivos m veis em aplica es de AR esta t cnica classificada como t cnica para entrada simb lica em ambientes virtuais tem sido amplamente utilizada em AR 68 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Figura 3 8 T cnica Reconhecimento de Gestos Pen Stroke para entrada simb lica Imagem cortesia Grupo de Pesquisa em Realidade Virtual e Multim dia da Universidade Federal de Pernambuco 2006 3 3 Considera es Finais Este cap tulo apresentou alguns conceitos relativos a t cnicas de Intera o para ambientes 3D descrevendo quest es relacionadas ao design e implementa o de t cnicas utilizadas em VR e AR O intuito do que foi
57. coisa Contudo muitas destas informa es s o irrelevantes para o usu rio ou as Informa es consideradas teis podem simplesmente ser perdidas devido ao usu rio n o conhecer o relacionamento entre os dados Fatos como estes motivaram a pesquisa em diversas reas de estudo envolvendo novos paradigmas para melhorar a representa o de informa es Uma abordagem advinda dessas pesquisas consiste na aplica o de t cnicas de Visualiza o de Informa o Estas t cnicas estudam formas de transformar dados abstratos em Imagens reais de forma a facilitar o seu entendimento e ou ajudar 258 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es na descoberta de novas informa es contidas nestes dados Nascimento 2005 O objetivo final deste processo auxiliar no entendimento de um assunto o qual sem uma visualiza o seria mais dif cil de ser compreendido Neste contexto a rea de Visualiza o de Informa o se apresenta como um campo de estudo de grande utilidade uma vez que faz uso de t cnicas que facilitam o entendimento de informa es a partir de representa es visuais de dados Estas representa es podem ser distribu das em tr s classes unidimensional bidimensional ou tridimensional que s o definidas de acordo com a dimens o do espa o onde os elementos geom tricos utilizados estejam situados Freitas 2001 As aplica es que utilizam o espa o tridimensional podem causar u
58. coordenou projetos de pesquisa financiados num montante superior a R 600K reas de interesse Realidade Virtual e Aumentada Ambientes Colaborativos e Educa o Dist ncia Filia o Programa de P s Gradua o em Ci ncia da Computa o Universidade Metodista de Piracicaba UNIMEP e Centro Universit rio Adventista de S o Paulo UNASP Contato ckirner unimep br Robson Augusto Siscoutto professor titular da Faculdade de Ci ncia e Tecnologia da Universidade de Cuiab UNIC onde coordena 214 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es o grupo de pesquisa em realidade virtual Obteve grau de doutor na rea de Engenharia da Computa o e Sistemas Digitais pela Escola Polit cnica da USP SP em 2003 Membro do grupo de Tecnologias Interativas da USP SP INTERLAB Outros graus acad micos s o Mestre em Ci ncia da Computa o pela USP de S o Carlos em 1997 e Bacharel em Ci ncia da Computa o pela UNOESTE de Presidente Prudente em 1994 Publicou 3 livros e diversos artigos na rea Editor de dois livros na rea de Realidade Virtual e Aumentada reas de Interesse Realidade Virtual Realidade Misturada Tecnologias Interativas Educa o Virtual Interativa e Multim dia Filia o INTERLAB Laborat rio de Tecnologias Interativas do Departamento de Engenharia de Computa o e Sistemas Digitais da Escola Polit cnica da Universidade de S o Paulo Grupo de Pesquisa em Realidade Virtua
59. de RV e RA est o com custo acess vel a qualquer entidade com um m nimo de verba dispon vel sendo a cess vel at mesmo a alguns usu rios caseiros As ferramentas hoje permitem que com um pouco de criatividade e empenho em de senvolvimento um sistema original e estado da arte seja implemen tado para a realiza o de pesquisas teis e in ditas 88 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es A evolu o dos sistemas na ltima d cada impressionante enquanto ha dez anos havia pouqu ssimas solu es para RV e RA sempre de alto custo hoje h uma gama de solu es dispon veis sob licen as de custo baixo ou zero Essas solu es permitem montar sistemas rapidamente sem a necessidade de especialistas nem de grandes or amentos 4 5 Refer ncias Bibliogr ficas Aparelhos sensoriais OS SENTIDOS Integumentary System 2007 Dispon vel em http www corpohumano hpg 1g com br apr sensoriais apr sens oriais html Consultado em 28 02 2007 Guimaraes M P Gnecco B B Zuffo M 2004 Graphical Interaction Devices for Distributed Virtual Reality Systems ACM Press Virtual Reality Continuum and its Applications in Industry Singapura pp 363 367 Guimaraes M P 2004 Um ambiente de desenvolvimento de aplica es de Realidade Virtual baseadas em aglomerados grafi cos Tese de doutorado Escola Polit cnica da Universidade de S o Paulo Dezembro 89 Realidade Virtua
60. de gera o de imagens e som 4 2 Hardware Pode se dividir os itens de hardware de um ambiente de RV e RA em e Ambiente F sico constru o civil rea de intera o ilu mina o ar condicionado espa o dos usu rios etc e Dispositivos de Processamento respons veis pela compu ta o gera o de imagens processamento de entradas etc e Dispositivos de Entrada respons veis pelo recebimento das intera es dos usu rios como por exemplo mouses luvas e c meras e Dispositivos de Sa da eles que apresentam as imagens sons e respostas t teis aos usu rios como exemplo dispositivos de force feedback som 3D e de visualiza o de imagens 4 2 1 Ambiente F sico O ambiente f sico onde o sistema de RV ou RA ser instalado deve ser preparado corretamente de forma que nenhuma limita o do ambiente f sico atrapalhe a experi ncia imersiva do sistema ou seu desenvolvimento Deve se estar atento ao local de montagem do sistema prepara o da sala ou salas usadas pode requerer obras que s o sempre custosas e trabalhosas 75 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es A preocupa o inicial em rela o ao espa o f sico este deve ser grande o suficiente para que se possa instalar as telas me sas de trabalho os computadores os projetores etc sem que se limite a movimenta o de pessoas e equipamentos O ambiente de RV e RA ser um espaco de trabalho e portanto
61. disponibilidade de placas de v deo aceleradoras com suporte a primitivas 3D Mesmo assim PCs solit rios n o eram capazes de substituir supercomputadores completamente mas se unidos em rede com software especial para a distribui o dos dados e das tarefas tornando se os chamados clusters ou aglomerados de computado res seu desempenho era equipar vel ou mesmo superior a eles Com isso houve nos ltimos anos um enorme crescimento do uso de clusters principalmente para as aplica es de RV Guimaraes 2004 TI Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es O principio por tras do uso de clusters est na divisao da tarefa total a s ntese de imagens e simula o do mundo virtual em outras tarefas menores que s o distribu das entre os n s e quando terminado seu processamento realizam a sincroniza o das infor macoes obtidas Clusters t amp m algumas vantagens quando comparados com sistemas fortemente acoplados e Menor custo por serem compostos de equipamentos am plamente dispon veis no mercado clusters t amp m baixo custo quando comparados a supercomputadores Seu custo de manuten o tam b m menor pois nao depende de suporte especializado nem repo sic o de pecas customizadas e Melhor escalabilidade supercomputadores sao projeta dos para escalarem de uma determinada forma enquanto clusters s o mais amorfos e sua escalabilidade mais simples em geral apenas a ad
62. distintas a ponto de diferenciar os tipos de dados a serem representados A Figura 12 2 ilustra uma das interfaces da aplica o Figura 12 2 Ambiente do InfoVis Martins 2000 5D Active Chart A ferramenta 3D Active Chart desenvolvido pela First Information Systems Systems 2004 um visualizador tridimensional de informa es no qual os dados s o obtidos por meio de tabelas exportadas de um banco de dados 265 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es As informa es s o apresentadas por gr ficos constru dos em VRML Virtual Reality Modeling Language Ames 1997 e pelos registros apresentados em uma grade A cor das linhas dos registros apresentados nesta grade s o as mesmas utilizadas nos gr ficos Ao clicar em um gr fico na cena poss vel visualizar seus valores correspondentes na grade Al m disso pode se ainda selecionar um ou mais registros na grade e visualiz los como gr ficos tridimensionais na cena poss vel agrupar e filtrar os registros de forma que facilite a manipula o e visualiza o O usu rio pode modificar o gr fico alterando as informa es que ser o mostradas a ordem de apresenta o a cor e o formato do gr fico A Figura 12 3 apresenta a interface do 3D Active Chart A TUE TE imc iii 7 HE Tu i T DS by M ER m od Canr ry by by Carre Tod Taal 5 4 DE Fies 1 E FU i5 Mord D COSTS Vit Gii Vege Lermi Vedy a
63. diz respeito qu o bem as atividades est o sendo realizadas pelo usu rio e pelo sistema em coopera o al m de efici ncia precis o e produtividade Usabilidade trata da facilidade em informar o sistema sobre as inten es do usu rio bem como a facilidade de uso e de aprendizado al m do conforto do usu rio Utilidade mostra que a intera o ajuda o usu rio a atingir os seus objetivos podendo focalizar na tarefa A pr xima se o descreve as principais t cnicas de 55 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Intera o para interfaces 3D apresentadas utilizando a classifica o definida por Bowman 2004 para t cnicas comumente adotadas em ambientes de VR al m de uma breve discuss o sobre a adapta o destas t cnicas para ambientes de AR 3 2 M todos e T cnicas de Intera o Intera o 3D crucial em sistemas de VR assim como de AR Nesta se o s o apresentadas algumas t cnicas de intera o 3D que foram originalmente desenvolvidas para ambientes virtuais importante ressaltar que a maioria destas t cnicas pode ser adequadamente utilizada em ambientes de AR e Virtualidade Aumentada com poucas ou sem adaptacoes As t cnicas de intera o para VR foram classificadas em quatro categorias principais de acordo com a tarefa realizada pelo usu rio t cnicas para sele o e manipula o para controle do sistema para navega o e de entrada simb lica Esta classi
64. dos seus jogadores 10 2 2 Game Engines Em diferentes reas da Computa o o termo engine utilizado para denominar o n cleo de um sistema de software respons vel por uma tarefa espec fica Desta forma existem engines de busca para bancos de dados engines de infer ncia relacionados intelig ncia artificial entre outros Na rea de JE existem diverg ncias sobre o que define o que um game engine ou seja um engine para jogos eletr nicos Por exemplo a abordagem de Eberly 2000 limitada s t cnicas de gera o de imagens e gerenciamento de cenas Para McShaffry 2003 existem diferentes tipos de game engines tais como engines de renderiza o 3D e engines de simula o f sica Lewis e Jacobson 2002 definem engine como uma cole o de m dulos de c digo de simula o que n o especificam diretamente o comportamento ou o ambiente do jogo A defini o adotada neste texto um pouco mais abrangente 198 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es um conjunto de sistemas de software parametriz veis integr veis e reutilizaveis que fornecem servicos utilizados em um jogo eletr nico A principal motiva o para o surgimento e prolifera o dos game engines a reutiliza o de c digo A evolu o dos computadores leva a um aumento na complexidade dos softwares desenvolvidos e isto tamb m se aplica aos jogos eletr nicos Como resultado hoje em dia projetos de JE
65. e Aplicac es at ser dispensada mas em outros ela essencial como ocorre em situa es de treinamento O treinamento m dico um exemplo t pico no qual o cirurgi o deve ter as mesmas sensa es de toque nos tecidos virtuais e nos tecidos reais Para isto s o usados os dispositivos h pticos e os modelos geom tricos deform veis para se ajustarem s v rias situa es de press o e ruptura O cap tulo 8 deste livro discute os aspectos dos dispositivos h pticos e sua utiliza o em aplica es de realidade virtual e aumentada 1 3 6 Ambientes Colaborativos A evolu o das tecnologias de inform tica e de telecomunica es vem propiciando a computa o ub qua ou pervasiva que faz com que as aplica es computacionais estejam em v rios lugares ao mesmo tempo Isto ocorre com telefones celulares Internet e outras aplica es Como resultado dessas facilidades as aplica es colaborativas est o tendo um grande desenvolvimento principalmente em educa o treinamento projeto e entretenimento demandando ambientes mais realistas e potencializados como ocorre com realidade virtual e aumentada O cap tulo 9 deste livro aborda os conceitos caracter sticas exemplos e potencialidades de ambientes colaborativos de realidade virtual e aumentada 1 3 7 Jogos e Entretenimento Jogos e entretenimento sempre tiveram um apelo muito grande nas pessoas Com o surgimento da realidade virtual e da realidade au
66. e da elabora o de artigos explorando tecnologias relacionadas a jogos eletr nicos bem como ministrado palestras sobre o tema Tem ainda experi ncia de 3 anos no ensino tanto para gradua o como para p s gradua o Filia o INTERLAB Departamento de Engenharia de Computa o e Sistemas Digitais Escola Polit cnica da Universidade de S o Paulo Contato joao bernardes poli usp br Jos Remo Ferreira Brega Doutor em Engenharia Civil EESC USP Mestre em Engenharia Civil EESC USP Graduado em Engenharia Civil EESC USP e Tecnologia em Processamento de Dados UFSCAR pesquisador na rea de Realidade Virtual desde 1995 Atualmente docente no curso de Bacharelado em Ci ncia da Computa o e no Programa de P s Gradua o em Ci ncia da Computa o do Centro Universit rio Eur pides de Mar lia sendo membro do Grupo de Realidade Virtual membro da Comiss o Especial de Realidade Virtual CERV da Sociedade Brasileira de Computa o 284 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es reas de Interesse Realidade Virtual Realidade Virtual e Educa o Filia o LRV Laborat rio de Realidade Virtual Centro Universit rio Eur pides de Mar lia UNIVEM Contato remo univem edu br Judith Kelner recebeu seus t tulos de Mestre e Doutora em Ci ncia da Computa o do CIn UFPE em 1981 e da University of Kent at Canterbury Inglaterra em 1993 respectivamente Atualmente
67. em 2006 reas de Interesse Realidade Virtual Educa o Matem tica aplicada Filia o Grupo de Realidade Virtual UFU P s gradua o em Engenharia El trica UFU Contato luciano mat ufu br e fsluciano hotmail com Lu s Augusto Consularo professor do curso de Mestrado em Ci ncia da Computa o da UNIMEP contribuindo para a linha de pesquisa em Realidade Virtual deste curso doutor em F sica Computacional pelo IFSC USP mestre e bacharel em Ci ncia da Computa o pela UFSCar Foi docente do Departamento de Inform tica na UEM Maring PR atuando no Mestrado em Ci ncia da Computa o reas de Interesse Vis o Computacional Reconhecimento de Padr es e Realidade Virtual e Aumentada Filia o Universidade Metodista de Piracicaba UNIMEP Piracicaba SP Contato consularo 9 unimep br 286 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Marcelo de Paiva Guimaraes professor da Faculdade de Campo Limpo Paulista FACCAMP e do Centro Universitario Adventista de Sao Paulo UNASP Obteve grau de doutor na rea de Engenharia de Engenharia El trica pela Escola Polit cnica da USP SP em 2004 Outros graus acad micos s o Mestre em Ci ncia da Computa o pela Universidade Federal de Sao Carlos em 2000 Especialista em Sistemas de Informa o pela Universidade Federal de S o Carlos e Instituto Municipal de Ensino Superior de Assis em 1996 e Tecn logo em Processamento de Dados p
68. es Seguindo a abordagem de prototipac o os requisitos levantados e especificados devem ser avaliados e refinados antes de se partir para a etapa de projeto 5 2 2 Projeto Esta etapa tem por objetivo principal especificar as tecnologias de entrada de sa da e computacionais a serem empregadas no desenvolvimento do ambiente virtual Martins 2000 Stuart 1996 e Tecnologias de entrada Estas tecnologias cruciais para sistemas de realidade virtual podem incluir capacetes luvas c meras de v deo rastreadores de posicionamento etc e Tecnologias de sa da Seu objetivo apresentar informa es ao usu rio de tal forma que elas possam ser percebidas apropriadamente para a tarefa dadas as considera es descritas na defini o dos requisitos As tecnologias de sa da podem ser dispositivos visuais fones de ouvido dispositivos de tato e for a entre outros e Tecnologias de hardware Aqui dever o ser definidos quais equipamentos ser o empregados incluindo computadores e dispositivos espec ficas de realidade virtual e Tecnologias de software Um software que atenda aos requisitos de realidade virtual deve ser interativo de navega o de intera o aut nomo que permita o uso de scripting e que permita a integra o com multim dia e Projeto de objetos comportamentos e intera es Aqui dever o ser definidos os objetos tendo em mente algumas quest es como qual sua geometria tamanho escala cor e t
69. es J Bekenstein 2003 enuncia informa o com o resultado do processamento manipula o e organiza o de dados de tal forma que represente um acr scimo ao 257 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es conhecimento da pessoa que a recebe As palavras informa o e dados sao intercambi veis em muitos contextos Todavia n o sao sin nimos Por exemplo de acordo com a observa o de Gadomski 1993 dados referem se a tudo que pode ser processado e informa o refere se a dados que descrevem um dominio f sico ou abstrato No final do s culo XX ocorreu a denominada explos o informacional que caracteriza se pela acelera o dos processos de produ o e a dissemina o da informa o e do conhecimento O aumento da demanda de informa es ocorrera principalmente devido ao desenvolvimento da tecnologia de comunica o ao avan o dos equipamentos de aquisi o de imagens de dados e sinais e ao surgimento de computadores que permitem simular sistemas cada vez mais complexos Esta sobrecarga de informa es dificulta o processo de an lise compreens o e utiliza o de dados Por exemplo plaus vel ressaltar que tomar uma decis o correta em qualquer rea do conhecimento com uma enorme quantidade de dados e pouco tempo quase sempre uma tarefa dif cil de realizar O computador pode em poucos segundos recuperar informa es que um ser humano demoraria muito tempo para fazer a mesma
70. estaria conectado a uma rede e sua tarefa seria calcular a reta o do objeto projetado em sua imagem Ao final do c lculo da reta para cada quadro os coeficientes da reta seriam enviados para um terceiro PC calcular o cruzamento entre as retas Um problema dessa abordagem que n o h a garantia de que os coeficientes de um par de retas gerados 27 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es pelos PCs conectados as suas respectivas cameras correspondam a quadros gerados no mesmo instante Por isso antes deve ser resolvido o problema de sincronismo as c meras devem identificar seus quadros de acordo com o Instante da aquisi o H c meras de baixo custo que fornecem sinais de sincronismo que podem ser enviados a outras c meras conectadas Point Grey 2006 Ainda assim preciso que dados sobre este sincronismo por exemplo um identificador do quadro sejam propagados juntamente com os coeficientes da reta correspondente No experimento deste trabalho n o houve a preocupa o com o sincronismo pois um dos objetivos futuros justamente avaliar o impacto da falta do sincronismo em PCs conectados a uma c mera e ligados a uma rede Ethernet de 100 Mbps A aquisi o de v deo foi suportada pela biblioteca DirectShow DSVideoLib Pintaric 2003 utilizada pela vers o 2 65 do ARToolkit Lamb 2007 e que disponibiliza uma interface chamada i bARvi deo para controlar a captura dos quadros Lamb 2006
71. et al 2001 Recent Advances in Augmented Reality IEEE Computer Graphics and Applications v 21 n 6 p 34 47 19 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Benford S et al 1998 Understanding and Constructing Shared Spaces with Mixed Reality Boundaries ACM ToCHI v 5 N 3 p 185 223 Billinghurst M Kato H 1999 Collaborative Mixed Reality Proc of the International Symposium on Mixed Reality ISMR 99 Springer Verlag p 261 284 Bimber O 2004 Augmented Reality Part 1 Introduction and Overview lt http www uni weimar de bimber Pub AR gt Bowman D et al 2005 3D User Interfaces Theory and Practice Boston MA Addison Wesley Burdea G Coiffet P 1994 Virtual RealityTechnology John Wiley amp Sons Insley S 2003 Obstacles to General Purpose Augmented Reality http Aislab oregonstate edu koc ece399 t03 final insley2 pdf Kawashima T et al 2001 Magic Paddle A Tangible Augmented Reality Interface for Object Manipulation Proc of ISMR2001 p 194 195 Kirner C Pinho M S 1996 Introdu o a Realidade Virtual Mini Curso JAI SBC Recife PE Kirner C 2004 M os Colaborativas em Ambientes de Realidade Misturada Anais do 1 Workshop de Realidade Aumentada Piracicaba SP p 1 4 Lamb P 2007 ArtoolKit lt www hitl washington edu artoolkit gt Marshall D 2001 What is Multimedia http ww
72. exposto contribuir para uma difus o do conhecimento em reas onde a literatura ainda escassa e ilustrar atrav s de alguns cen rios que plenamente poss vel adaptar as t cnicas j utilizadas em VR para ambientes aumentados 3 4 Refer ncias Bibliogr ficas Schneiderman B e Plaisant C Designing the User Interface Strategies for Effective Human Computer Interaction Addison Wesley Publishers 2004 69 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Bowman D A Kruijff E LaViola Jr J J e Poupyrev I 3D User Interfaces Theory and Practice Addison Wesley 2004 Trevisan D G Vanderdonckt J e Macq B 2002 Analyzing Interaction in Augmented Reality Systems ACM Multimedia International Workshop on Immersive Telepresence p 56 59 Broll W Lindt I Ohlenburg J Herbst I Wittk mper M e Novotny T 2005 An Infrastructure for Realizing Custom Tailored Augmented Reality User Interfaces IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics v 11 n 6 p 722 733 Bastos N C Teichrieb V e Kelner J Intera o com Realidade Virtual e Aumentada SBC 2006 Teichrieb V e Kelner J 2004 DEMEditor a Virtual Reality System to Enhance the Precision of Digital Elevation Models American Society for Photogrammetry amp Remote Sensing Maryland American Society for Photogrammetry amp Remote Sensing p 228 236 Teixeira J Silva D
73. f cil incorpora o ou modifica o de funcionalidades Assim as ltimas tecnologias como algoritmos de reconhecimentos de imagens espec ficos ou efeitos gr ficos que necessitem de hardware de ltima gera o podem ser incorporados facilmente e simplesmente desativados quando n o for poss vel utiliz los Simplicidade embora as aplica es de RV e RA sejam naturalmente complexas pois envolvem conhecimento de diversas tecnologias o ambiente de desenvolvimento n o precisa s lo O ambiente deve possibilitar a cria o de aplica es da forma mais f cil poss vel permitindo ent o o desenvolvimento sem o conhecimento de todas as particularidades do ambiente Por exemplo um editor de cen rios sistema de gerenciamento de objetos e o suporte a linguagem scripts podem auxiliar muito no processo de desenvolvimento de um jogo fazendo com que a l gica e conte do do jogo sejam 1solados de sua Infra estrutura Robustez as aplica es de RV e RA s o complexas o que aumenta a possibilidade de ocorr ncia de falhas sejam elas de hardware defeito de uma placa queda da rede queda de um no ou de software como bugs deadlocks exce es e falta de recursos Por isso necess rio que o ambiente forne a recursos para o tratamento de falhas permitindo que as aplicag es continuem executando mesmo se algumas destas ocorrerem 113 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Portabilidade em
74. for Eletronic Games In Proceedings of WJOGOS 2005 353 358 Bianchini R C Uma Arquitetura Bdi para Comportamentos Interativos de Agentes em Jogos Computacionais tese de doutorado 2005 Bianchini R C Bernardes Jr J L Cuzziol M Jacober E Nakamura R Tori R 2006 Jogos Eletr nicos e Realidade Virtual Fundamentos e Tecnologia de Realidade Virtual e Aumentada R Tori e C Kirner org Porto Alegre SBC p 199 219 dispon vel em www interlab pcs poli usp br Billinghurst M Grasset R Looser J 2005 Designing augmented reality interfaces ACM SIGGRAPH Computer Graphics 39 1 17 22 Brave S Ishii H Dahley A 1998 Tangible interfaces for remote collaboration and communication In Proceedings of the 1998 ACM conference on Computer supported cooperative work 169 178 Businessweek Electronic Arts A Radical New Game Plan Disponivel em lt http www businessweek com magazine content 06 12 63976 086 htm gt Acesso em mar o de 2006 Caillois R Les jeux et les homes Gallimard 1957 Charles F Cavazza M Mead S Martin O Nandi A Marichal X Compelling Experiences in Mixed Reality Interactive Storytelling In ACM SIGCHI ADVANCES IN COMPUTER ENTERTAINMENT 2004 Anais ACM 2004 p 32 41 Cheok A et al Human Pacman a Sensing Based Mobile Entertainment System with Ubiquitous Computing and Tangible Interaction In WORK
75. infra vermelho IR e a imagem formada por este tipo de radia o tipicamente monocrom tica Dorfm ller 1999 Sato et al 2000 Reitinger et al 2004 Portanto para aplicar as abordagens discutidas neste trabalho troque a detec o de pixels vermelhos pelo processo de limiariza o que funciona como uma detec o de pixels brancos e todo o restante continuaria v lido Existem dois grandes grupos de solu es usando IR a um dispositivo que reflete bastante as radia es produzidas por uma fonte b um dispositivo que emite ativamente a radia o As fontes de IR s o LEDs Diodos Emissores de Luz e os materiais IR reflexivos s o pel culas constru das especialmente para esse fim Dorfmiiller 1999 As c meras de IR possuem fotossensores mais sens veis a esse tipo de radia o Embora as c meras convencionais constru das com tecnologia CMOS tenham sensibilidade radia o IR elas precisam de filtros para que a luz vis vel n o participe da forma o da imagem a ser rastreada Johnson 2007 O C digo 2 1 mostra uma fun o que identifica os pixels de um objeto vermelho em uma cena Neste c digo os par metros s o i mPtr o ponteiro para a imagem adquirida r sPtr o ponteiro para um vetor de inteiros com o mesmo n mero de pixels da Imagem para o qual cada elemento ter um valor 255 se o pixel na posi o correspondente for reconhecido como vermelho ou O caso 31 Realidade Virtual e Aumentada C
76. interface V rias dessas t cnicas encontram se descritas na literatura e algumas usadas nos ambientes de Realidade Virtual e Aumentada com uma breve descri o sobre sua implementa o s o descritas neste cap tulo 52 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es 3 1 Introdu o A intera o entre pessoas existe desde o surgimento das primeiras civiliza es humanas Diferentes culturas utilizaram diversas formas para a troca de informa es numa evolu o cont nua que teve In cio com os primeiros desenhos rupestres nas cavernas passando pelos sinais de fuma a os sons dos tambores as pinturas nas telas a imprensa escrita e falada o telefone a televis o e finalmente o computador e toda parafern lia tecnol gica existentes atualmente No contexto de interface homem m quina Intera o a maneira com que o usu rio se comunica com a aplica o podendo esta comunica o ocorrer atrav s de dispositivos ou de forma simb lica Schneiderman e Plaisant 2004 De acordo com Bowman intera o um m todo que permite a um usu rio realizar uma tarefa atrav s da interface do usuario Uma t cnica de intera o inclui tanto componentes de hardware dispositivos de entrada sa da quanto de software As t cnicas de intera o utilizadas nos componentes de software s o respons veis por mapear a informa o de um dispositivo de entrada em alguma a o dentro do sistema e por mapear a
77. linha o AVOCADO atualmente denominado AVANGO apresenta um framework orientado a objetos para o desenvolvimento de ambientes virtuais interativos e distribu dos Tramberend 1999 Ele foi baseado no SGI Performer tendo as linguagens de programa o C e Scheme como plataformas para desenvolvimento Uma abordagem que est sendo cada vez mais usada segue somente a ado o da plataforma Java Nesse modelo pretende se tirar proveito do paradigma Java write once run anywhere aliado a seu baixo custo O framework DISCIPLE Krebs 2003 um exemplo que procura prover colabora o em redes heterog neas como a web suportando inclusive computa o m vel 144 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Existem ainda trabalhos como o Extensible Modeling and Simulation Framework XMSF que tem por objetivo definir um conjunto de tecnologias baseadas na web dentro de um framework extens vel para permitir a cria o de uma nova gera o de aplica es de modelagem e simula o especificamente aquelas apoiadas em XML Extensible Markup Language Xsmf 2003 A utiliza o de solu es propriet rias tem o custo como um fator negativo As aplica es conseguem alcan ar bons ndices de atrasos e escalabilidade por m tem se alto custo com licen as Segundo Deriggi 1998 e Deriggi et al 1999 os sistemas desenvolvidos com base em toolkits tendem a ter um desempenho melhor em compara o
78. mouses monitores e capacetes de visualiza o Foi projetado como uma solu o padr o para aplicativos de RV Guimar es 2004 Seu site http www vrjugeler org 6 3 8 Blender Blender um software editor gr fico de modelagem e anima o 3D que est sob a licen a GNU GPL Ele oferece uma gama enorme de recursos e funcionalidades para cria o de objetos 3D renderiza o de cenas anima o com um editor de v deo integrado e p s produ o tudo em um nico ambiente de trabalho Ele est dispon vel para v rias plataformas como Microsoft Windows Mac OS X GNU Linux IRIX Solaris FreeBSD SkyOS e MorphOS Esta ferramenta high end fornece funcionalidades similares s encontradas em softwares comerciais como XSI Cinema 4D 3D Studio Max e Maya Estas caracter sticas incluem avan adas ferramentas de simulag o tais como din mica dos corpos r gidos din mica de fluidos din mica de corpos flex veis avan adas ferramentas de modelagem poderosas ferramentas de anima o de personagens e sistema de materiais baseados em Node e um wrapper para a linguagem Python Brito 2006 Alves 2006 121 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Apesar do arquivo nativo do Blender ser BLEND ele fornece recursos para leitura e escrita der muitas extens es tais como 3DS DXF WRL VRML 2 0 VRML 95 X Directx MD2 entre muitas outras Os avancos realizados nos ltimos anos permitem que
79. no ambiente tridimensional A Realidade Aumentada se apresenta como solu o a tais problemas uma vez que dispensa aprendizado e treinamento com as formas de Intera o tradicionais e ou suportadas por Realidade Virtual Nos moldes do proposto com algumas tecnologias encontra se o problema relativo ao reconhecimento de marcadores marcas fiduciais que fazem o mapeamento do objeto virtual para o cen rio real principalmente porque exige recursos de ilumina o e posicionamento de c mera e ou observador de forma adequada Ademais do ponto de vista da implementa o e da concep o fatores complicadores est o associados dificuldade de programar os ambientes e as associa es necess rias 271 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Ao se desenvolver um sistema tridimensional para visualiza o de informa o devem ser considerados problemas como o da oclus o das mesmas Em face disto a mudan a de vis o e o m todo de navega o s o essenciais para melhorar a Intera o e a percep o do usu rio importante ressaltar que nem sempre a melhor solu o o uso de ambientes tridimensionais para a visualiza o de dados As vezes as informa es a serem visualizadas s o t o simples que uma apresenta o com tais recursos torna se fator complicador e prejudica ao inv s de melhorar o bom entendimento das Informa es 12 7 Refer ncias Bibliogr ficas Ames L A Nadeau R D
80. o Morfofuncional em www alzheimermed com br m3 asp cod_pagina 1058 visitado em janeiro de 2007 Schwartz J 2004 Special topics in CS intro to Bioinformatics 2004 http www settheory com bioinformatics syllabus bioinformatics sylabus html gt Julho Senses 2006 WorldToolKit em http www inition co uk inition product php URL product soft ware sense8 worldtoolkit amp SubCatID 54 gt visitado em dezembro de 2006 Shi J Y Yan L X 2001 Deformation and Cutting in Virtual Surgery Proceedings of the Intern Workshop on Medical Imaging and Augmented Reality IEEE Computer Society Sourin A et al 2000 Virtual Orthopedic Surgery Training IEEE Computer Graphics and Applications vol 20 n 3 pp 6 9 Sprenger T C Gross M Bielser D Strasser T 1998 IVORY An Object Oriented Framework for Physics Based Information Visualization in Java Proceedings of the IEEE Symposium on Information Visualization IEEE CS Press pp 79 86 254 Aplica es M dicas usando Realidade Virtual e Realidade Aumentada The Visible Human Project em http www nlm nih gov research visible visible human html visitado em janeiro de 2007 Tramberend H 2001 Avango A Distributed Virtual Reality Framework Proceedings of Afrigraph 01 ACM Wagner J M Noo F Clackdoyle R Bal G Christian P 2002 Attenuation Correction for Rotating Slant Hole RSH SPECT using Exact
81. o c rebro humano produzindo artificialmente as duas vis es uma para o olho direito e uma para o olho esquerdo 82 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Existem diversas formas de prover estereoscopia Na este reoscopia passiva as imagens do par est reo sao reproduzidas superpondo se e utiliza se algum culos com um filtro passivo como polariza o da luz ou separa o das cores do espectro para que cada olho veja apenas uma das imagens Na estereoscopia ativa os usu rios utilizam culos obtura dores shutter glasses controlados em geral por sinal infraverme lho trabalhando em sincronia com os projetores ou monitores As lentes alternam entre dois estados transparentes ou opacas Quando O projetor exibe a imagem esquerda os culos fecham a passagem de luz para o olho direito permitindo que a imagem referente ao olho esquerdo seja somente captada por ele e vice versa Auto estereoscopia significa obter vis o estereoc pica sem a necessidade de nenhum dispositivo ligado ao corpo do usu rio como culos ou capacetes Existem varios sistemas auto estereosc picos dispon veis no mercado entretanto os principais fatores limitantes desta tecnologia sao o custo e a quantidade de usu rios que podem visualizar a proje o ao mesmo tempo al m do tamanho da tela Os monitores com auto estereoscopia baseiam se em reas de visualizac o que o usu rio deve permanecer que fazem com que uma ima
82. o de imagens Para aquelas que geram apenas algumas vis es como US bidimensional 2D e mamografia poss vel aplicar t cnicas de simula o dos objetos 3D a partir de medidas extra das das imagens 2D como ser visto na se o 11 9 229 Aplica es M dicas usando Realidade Virtual e Realidade Aumentada 11 4 Deteccao de colisao Em aplica es m dicas precis o tempo de resposta conhecimento do local de impacto e verifica o de interpenetra o entre os objetos s o fundamentais para a simula o de procedimentos de forma real stica Por 1sso a detec o de colis o torna se um fator extremamente relevante nesta classe de aplica es Lau et al 2002 classificam este fator em dois grandes grupos detec o em objetos r gidos que envolve o teste de penetra o de um objeto em outro e detec o em objetos deform veis superf cies flex veis que trata al m da intera o entre os objetos das deforma es causadas por esta Intera o Na detec o de colis o em objetos r gidos podem ser utilizadas tr s aproxima es subdivis o hier rquica do espa o subdivis o hier rquica do objeto e c lculo incremental da dist ncia Lau 2002 Os m todos de colis o em objetos deform veis por sua vez s o baseados na subdivis o hier rquica do objeto a qual pode ser de dois tipos objetos representados por pol gonos encadeados e por superf cies param tricas mapeamentos de algum subconjunto
83. o perfil do usu rio 3 2 3 Navegacao sabido que movimenta o f sica tem uma influ ncia positiva nos n veis de presen a relatados por usu rios quando da intera o em ambientes virtuais neste contexto que s o importantes as t cnicas de intera o para navega o O usu rio ao navegar pelo ambiente virtual pode realizar a es como viajar explorar pela cena ou procurar um caminho espec fico Ao viajar travel o usu rio se movimenta entre dois lugares pela defini o da posi o e orienta o do seu ponto de vista Atrav s desta a o o usu rio pode realizar tarefas de explora o do ambiente virtual de busca por algum local espec fico do ambiente e de manobra No caso da busca a posi o do alvo pode ou n o ser conhecida quando a posi o n o conhecida a busca chamada ing nua naive e quando conhecida e o usu rio quer encontrar novamente um local espec fico diz se que uma busca privilegiada primed Esta tarefa de navega o amplamente realizada nas aplica es A a o conhecida como wayfinding que permite procurar um caminho espec fico visa o uso e a aquisi o por parte do usu rio de conhecimento espacial para definir um caminho no ambiente O aux lio de pistas e dicas dispon veis no ambiente virtual facilita a realiza o desta tarefa Usu rios possuem habilidades de orienta o diferentes o que deve ser levado em considera o quando da utiliza o de t
84. podem durar v rios anos consumindo milh es de d lares e envolvendo dezenas de pessoas Neste contexto os game engines surgem como ferramenta para reduzir o tempo de desenvolvimento e os riscos de projeto ao fornecerem servi os fundamentais necess rios para os Jogos eletr nicos Como ilustrado na figura 10 1 o game engine implementa os seus servi os sobre a plataforma computacional na qual o JE ser executado Sobre o game engine fica o JE que o utiliza respons vel por controlar a execu o de seus servi os e fornecer os dados necess rios tais como modelos 3D e sons Interessante observar que em geral os game engines n o abstraem muitos detalhes das plataformas de hardware em que s o executados Isso leva a um maior acoplamento entre o game engine e o hardware mas feito para n o comprometer o desempenho do JE 199 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Figura 10 1 Estrutura de desenvolvimento de um jogo eletr nico que utiliza um engine A maioria dos game engines implementa algum tipo de gera o de imagens normalmente renderiza o de elementos tridimensionais Isto se deve principalmente ao fato de que a maioria dos jogos eletr nicos atuais depende predominantemente da sa da visual para interagir com o jogador Uma conseq ncia desta abordagem que em muitos game engines a representac o de entidades l gicas e visuais se confunde sendo implementada de maneira fortemen
85. possibilitando aos usu rios acessarem aplica es como se estivessem atuando no mundo real falando pegando apertando fazendo gestos etc H v rios pontos importantes nessa evolu o envolvendo inven es como computador eletr nico v lvula transistor Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es circuito integrado monitor de computador computa o gr fica rede computador pessoal PC Internet Web software livre al m de outros inventos tecnol gicos cuja Integra o permitiram o uso transparente da tecnologia por parte do usu rio O usuario j n o precisa perceber a presen a da tecnologia pois ela trabalha para ele de forma invis vel em qualquer lugar dando origem aos termos ub quo e pervasivo Nesse contexto a realidade virtual Burdea 1994 e a realidade aumentada Azuma 1997 t m um papel importante pois s o interfaces computacionais avan adas que ainda n o foram implantadas de forma expressiva na sociedade As primeiras interfaces computacionais usadas nas d cadas de 40 e 50 eram baseadas em chaves e l mpadas que permitiam uma comunica o com o computador baseada em linguagem de m quina Na d cada de 60 surgiram as consoles com v deo dando In cio s interfaces gr ficas rudimentares Com a utiliza o de microprocessadores nas d cadas de 70 e 80 os microcomputadores se popularizaram usando interface baseada em comando como o DOS A evolu o desta
86. professora adjunta do Cln onde iniciou suas atividades em 1977 e bolsista de produtividade em pesquisa do CNPq De 1998 a 2005 exerceu o cargo de Chefe de Departamento e Vice Diretora de Centro l der do GRVM e vice l der do GPRT Grupo de Pesquisa em Redes e Telecomunica es e suas reas de pesquisa incluem redes de ambiente Interfaces avan adas e realidade virtual e aumentada Publicou 7 artigos em peri dicos 91 artigos em confer ncias e 4 cap tulos de livro Orientou 22 alunos de mestrado e co orientou 1 e orientou 2 alunos de doutorado Participou de 26 bancas examinadoras de mestrado e 8 de doutorado reas de Interesse Realidade Virtual Realidade Aumentada Interfaces 3D e Comunica o M vel Filia o Centro de Inform tica CIn da Universidade Federal de Pernambuco UFPE Contato jk cin ufpe br Larissa Pavarini professora no Centro Universit rio de Mar lia UNIVEM nos cursos de ensino superior de Tecnologia IST e professora na FATEC de Gar a atuando nas reas de computa o Obteve grau de mestre em Ci ncia da Computa o na rea de Realidade Virtual pelo Centro Universit rio Eur pides de Mar lia UNIVEM em 2006 membro do LApIS Laborat rio de Aplicac es de Inform tica em Sa de do UNIVEM Outros graus acad micos Bacharel em Ci ncia da Computa o pela UNIVEM em 2003 reas de Interesse Realidade Virtual Realidade Misturada Tecnologias Interativas Educa o Virtual Int
87. propiciou na d cada de 90 o aparecimento da realidade aumentada permitindo a sobreposi o de objetos e ambientes virtuais com o ambiente f sico atrav s de algum dispositivo tecnol gico Essas aplica es ficaram mais acess veis somente no in cio dos anos 2000 com a converg ncia de t cnicas de vis o computacional software e dispositivos com melhor ndice de custo benef cio Al m disso o fato dos objetos virtuais serem trazidos para o espa o f sico do usu rio por sobreposi o permitiu Intera es tang veis mais f ceis e naturais sem o uso de equipamentos especiais Por isso a realidade aumentada vem sendo considerada uma possibilidade concreta de vir a ser a pr xima gera o de Interface popular a ser usada nas mais variadas aplica es em espa os Internos e externos Enquanto a realidade virtual depende de equipamentos de visualiza o como monitor projetor e capacete normalmente utilizados em ambientes fechados a realidade aumentada n o apresenta esta restri o com dispositivos misturadores podendo ser usada em qualquer ambiente fechado ou aberto sendo portanto mais abrangente e universal Por outro lado tanto a realidade virtual quanto a realidade aumentada podem ser usadas em aplica es individuais e em aplica es coletivas locais ou remotas propiciando experi ncias colaborativas Billinghurst 1999 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Benford 1998 Kirn
88. que tenha o mesmo papel em AVD para o VRML Virtual Reality Modeling Language quanto o HTTP Hyper Text Transfer Protocol tem para as p ginas HTML Hypertext Markup Language S o necess rios outros recursos al m do HTTP na realiza o dessa tarefa que combinem a comunica o peer to peer clente servidor e monitoramento da rede Brutzman et al 1997 Um computador consegue executar v rias tarefas ao mesmo tempo no VRTP Ele pode ser um cliente um host ou um peer isto um participante com direitos iguais A tarefa de um cliente representar uma cena por exemplo no navegador VRML Um servidor gerencia uma cena e envia para os clientes por exemplo pelo HTTP A parte crucial da arquitetura do VRTP a comunica o peer to peer e o multicast DWTP O Distributed Worlds Transfer and Communication Protocol DWTP foi desenvolvido na German National Research Center for Information Tecnology GMD para a camada de aplica o de AVGEs Em contraste com o DIS o DWTP heterog neo e independente da aplica o isto dados de diferentes tipos podem ser transmitidos Esses protocolos utilizam mensagens de reconhecimento negativo NACK Negative Acknowledgement em uma 140 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es comunica o fim a fim ou seja precisa ser confirmado o n o recebimento correto da mensagem Os erros na transmiss o podem ser causados por roteadores multicast e estes rotea
89. sa da do sistema de forma que esta possa ser interpretada pelos dispositivos de sa da Bowman et al 2004 Existe um dito popular que n o se deve adquirir um livro apenas pela apar ncia da sua capa Isto pode ser v lido no contexto dos livros mas considerando se software a experi ncia Indica que v rios usu rios deixam de usar um software sofisticado por causa de uma interface mal projetada e das dificuldades de interagir atrav s da mesma No inicio da era computacional n o se deu muita import ncia ao processo de intera o homem m quina HCI A prioridade era obter um processamento preciso dos dados Com a evolu o e dissemina o dos computadores pessoais cresceu a 53 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es necessidade de serem adotadas metodologias espec ficas para a HCI Os usu rios n o est o dispostos a consumir seu tempo precioso com aplica es que possuam interfaces que utilizam t cnicas prim rias de intera o A busca por estrat gias avan adas de intera o contempla atualmente grande parte do tempo dos projetistas quando se inicia o processo de desenvolvimento de um novo software ou de um novo dispositivo In meros s o os benef cios que um bom projeto de Intera o pode agregar a um software Entre estes podem se citar a usabilidade do sistema menor curva de aprendizagem localiza o e uso de todas as potencialidades da aplica o otimiza o do tempo do
90. se o s o abordados aspectos relativos aos modelos de comunica o que podem ser adotados aos protocolos que podem ser utilizados aos modelos de suporte a implementa o e por fim os indicativos para avalia o de desempenho 136 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es 7 3 1 Modelos de Comunica o Esses t picos referem se s formas como as m quinas se organizam para suportar a troca de mensagens entre os AVs Cliente Servidor O paradigma Cliente Servidor em um AVD implica na comunica o direta somente do cliente com o servidor ou vice versa n o havendo a troca de mensagens entre os clientes o modelo mais simples As vantagens e desvantagens deste modelo est o associadas aos fatores b sicos de qualquer modelo Cliente Servidor Uma desvantagem a possibilidade de falha no servidor o que tornaria o sistema inoperante Para contornar esse problema a t cnica da replica o de servidores pode ser utilizada Al m disso o servidor um gargalo em potencial e em se tratando de um AVD onde coexistem v rios usu rios danos podem ser causados em termos de lat ncia Um eficiente mecanismo de balanceamento de cargas pode solucionar esse problema Peer to Peer O modelo Peer to Peer implica na comunica o direta entre os hosts sem interm dio de um ou mais servidores O ponto de estudos neste modelo refere se complexidade de gerenciamento do ambiente uma vez que al m do gere
91. seja uma constante que pudesse ser arbitrariamente definida pois o que poss vel se saber sobre a posi o onde est o objeto de interesse que ele reside sobre a linha p O modelo acima pode ainda desmembrar a matriz de proje o 7 isolando o modelo de proje o representado pela matriz IIo do par metro intr nseco envolvido que por enquanto apenas a dist ncia focal fe representado pela matriz K fooo l roopooo o f 00 20 f 0 0100 0 010 0 0 1 0010 7 t Ky Ho Tudo o que preciso para calcular a equa o de uma reta um par de pontos No nosso caso teremos que conhecer Pc e Pr Se Pc a origem adotada ent o Pc 0 O 0 Por sua vez P resultante da identifica o do rastreamento da proje o do objeto sobre a imagem veja Se o 2 2 acrescida da coordenada z f As 36 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es coordenadas de P s o facilmente reconhecidas no plano da imagem contudo preciso transformar esta posi o de pixels em coordenadas de um sistema que deve incluir o objeto Al m disso o modelo deve incorporar as caracter sticas da lente da c mera As retas p e o da Figura 2 5 devem residir em um nico espa o de coordenadas pois no cruzamento entre elas que estar o objeto Portanto necess rio encontrar uma refer ncia nica para as duas c meras sobre isso que trataremos na pr xima se o Py plano epipolar cr 7c
92. sistema de treinamento de guerra com tanques aeronaves proj teis e outros que suportassem muitos computadores simult neos em rede Ap s o SIMNET iniciou se o projeto Distributed Interactive Simulation DIS em 1989 de onde surgiu um protocolo padr o com o mesmo nome reconhecido IEEE em 1993 Baseado em experi ncias com o DIS surgiu o projeto High Level Architecture HLA Dahmann et al 1997 utilizado para aplica es distribu das juntamente com o Common Object Request Broker Architecture CORBA Corba 2001 Apesar de sua aplica o restrita o DIS introduziu id ias que influenciaram o surgimento de outros protocolos A especifica o do DIS cont m 27 formatos de mensagem PDU H PDUS para cada servi o espec fico por exemplo detona o disparos de proj teis ou marca o de campos minados A PDU mais importante a de estado da entidade utilizada para transmitir o estado completo do objeto posi o orienta o e velocidade 139 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es O DIS exige que cada entidade envie constantemente mensagens de estado dos objetos que est o ativos para todos os hosts Ele um protocolo peer to peer mas devido s transmiss es constantes das entidades ativas ele n o suporta grande n mero de usu rios e assim nao pode melhorar sua escalabilidade Diehl 2001 VRTP O Virtual Reality Transfer Protocol VRTP foi desenvolvido pela DARPA e espera se
93. teremos ent o duas retas p p respectivamente Encontrar o ponto em que estas duas retas se encontram resolver o nosso problema AM Po o3 Yos o Figura 2 3 Geometria da projec o de um objeto pontual sobre duas superf cies planas Ao longo das sess es a seguir ser relatado um experimento que pode ser reproduzido com dispositivos e artefatos de baixo custo Este experimento se baseou na biblioteca de realidade aumentada ARToolkit Lamb 2007 seja para fazer a aquisi o do v deo bem como para visualizar a resolu o do problema proposto A ferramenta para desenvolvimento utilizada foi o MS Visual Studio vers o 6 sobre plataformas PC Athlon 2600 com 1GB de memoria RAM e Athlon 2400 com 1GB de memoria RAM com Windows XP Professional Uma rede local Ethernet de 100 Mbps foi utilizada para conectar os computadores 2 2 Aquisi o e Processamento de V deo O requisito b sico para se fazer rastreamento ptico a aquisi o de v deo em tempo real As c meras ou seja os dispositivos para se adquirir v deo em tempo real variam muito suas caracter sticas 26 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es e estaria fora do escopo deste cap tulo detalhar suas configura es e caracter sticas As op es mais simples sao as webcams conectadas a um PC por meio de interfaces seriais tais como USB ou IEEE 1394 Neste caso preciso estar atento ao tempo de varredura e ao desemp
94. trabalho de 34 autores da comunidade brasileira de RV que n o mediram esfor os para produzir este texto did tico e de qualidade e aos quais muito agradecemos Sem similares em l ngua portuguesa estas obras dos Pr Simp sios oferecem uma vis o geral e abrangente de conceitos tecnologias arquiteturas e aplica es constituindo se em obras de refer ncia para profissionais e pesquisadores e til porta de entrada para estudantes iniciantes e profissionais de outras reas do conhecimento Interessados em ingressar no fascinante mundo da tecnologia de realidade virtual e aumentada Esperamos que voc aprecie e aproveite bastante este trabalho Divirta se Claudio Kirner e Robson Siscoutto EDITORES ckirner 2 unimep br a robson siscoutto O poli usp br Copyright O 2007 by editors and authors Todos os direitos reservados pelos respectivos detentores Figuras e cita es referenciadas direitos reservados aos respectivos detentores Coordenacao de Producao e Editoracao Robson Augusto Siscoutto UNIC Criacao da Capa Emanuel Santana Faculdade de Comunicag o Social UNIAGENCIA UNIC 65 8411 4787 Dados Internacionais de Catalogac o na Publicacao CIP Camara Brasileira do Livro Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplica es Claudio Kirner Robson Siscoutto editores Petr polis RJ Editora SBC Sociedade Brasileira de Computa o Porto Alegre 2007 Livro do pr sim
95. um arranjo binocular de c meras tendo como refer ncia um marcador detectado pelo ARToolkit 48 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es O trabalho proposto permite estabelecer uma m trica de desempenho que pode ser realimentada para minimizar a distancia dj na tentativa de satisfazer a restri o epipolar constru o de dispositivos de rastreamento para realidade virtual e aumentada usando c meras pode partir das t cnicas simples explicadas neste trabalho Se por exemplo solu es algor tmicas do problema da correspond ncia entre pontos das duas Imagens forem adicionadas poss vel construir dispositivos compostos possibilitando um rastreamento mais rico C meras menos limitadas podem ser utilizadas muito provavelmente tornando mais precisas e r pidas as respostas O uso de redes de alta velocidade para a comunica o das posi es e par metros entre os computadores permitiria garantir dispositivos mais confi veis A garantia por exemplo oferecida pelo sincronismo entre as c meras fator determinante para uma maior confiabilidade O espa o de intera o do dispositivo limitado pela intersec o dos frustrums das c meras Um dispositivo que permitisse a detec o do volume dessa intersec o entre frustrums e posteriormente realimentasse dispositivos de movimenta o da c mera verg ncia proximidade e inclina o poderia resolver este problema na busca de mais r
96. uso de ambientes virtuais se a aplica o ser mono ou multi usu rio se os usu rios acessar o o ambiente virtual remotamente se ser um ambiente colaborativo etc 97 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es ENGENHARIA DE REQUISITOS Definic do do usu rio do ambiente e da Defini o dos requisitos funcionais comuns a ambientes virtuais Defini o dos requisitos especificos da aplica o PROJETO Defimicdo dos dispositivos e equipamentos de Defmi o dos dispositivos e equipamentos de Definicdo dos recursos de hardware e de Projeto de objetos comportamentos e Intera es IMPLEMENTA O l Obieneao eriacio conversao edic o de imagens Cria o de objetos 3D Execu o do ambiente virtual AVALIA O Avalia o do desempenho do sistema Avalia o da usabilidade Avalia o da seguran a Avalia o do valor para a tarefa aplica o Figura 5 1 Processo de Desenvolvimento de Ambientes Virtuais e Tarefas a serem executadas no ambiente virtual e como essas tarefas ser o realizadas Por exemplo os usu rios poder o caminhar pelo ambiente virtual pegar e arrastar objetos ouvir determinados sons etc 98 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es e Ambiente da aplicac o que pode ser definido sob diferentes aspectos como ambiente f sico ambiente de trabalho ambiente social etc Para ambientes virtuais a definic o do
97. 05 Experi ncia docente inclui disciplinas em cursos de gradua o e p s gradua o h 7 anos reas de Interesse Intelig ncia Artificial Sistemas Emergentes Computa o Gr fica Realidade Virtual e Aumentada Filia o INTERLAB Departamento de Engenharia de Computa o e Sistemas Digitais Escola Polit cnica da Universidade de S o Paulo Contato roberto bianchini hotmail com Rodrigo Damazio graduado em Engenharia El trica na Escola Polit cnica da Universidade de Sao Paulo em 2005 Participou do N cleo de Aprendizagem Trabalho e Entretenimento do Laboratorio de Sistemas Integr veis da Universidade de Sao Paulo NATE LSI USP onde desenvolveu diversos projetos na rea de realidade virtual realidade aumenta e jogos J ministrou disciplinas de desenvolvimento de jogos em diversos cursos e faculdades e atualmente engenheiro de software no Google Areas de interesse realidade virtual realidade aumentada jogos jogos on line sistemas distribu dos e de alto desempenho Filia o Centro Universit rio Adventista de S o Paulo Contato rodrigo damazio org Romero Tori Professor Ttitular do Centro Universit rio Senac onde coordena o Programa Institucional de Inicia o Cient fica e Professor Associado da Escola Polit cnica da Universidade de S o Paulo onde coordena o Laborat rio de Tecnologias Interativas Interlab Livre 289 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e
98. 192 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es com as de realidade virtual e aumentada Ser o destacados os motores de jogos game engines e sua utiliza o no desenvolvimento de jogo e ambientes virtuais bem como as interfaces tang veis importantes em sistemas de realidade virtual e aumentada 10 1 Introdu o Jogos Eletr nicos JE e Realidade Virtual RV s o reas que t m sua origem no in cio da d cada de 1960 e que acabaram se desenvolvendo de forma independente Algum tempo ap s o surgimento desses dois campos a rea de Realidade Aumentada RA tamb m se juntou s outras duas e s muitas outras que estudam a forma como se pode representar e simular situa es e ambientes em computadores A Computa o Gr fica CG a principal tecnologia por tr s de JE RV e RA Dessa forma a evolu o da CG impacta as outras tr s reas assim como demandas provenientes de cada uma delas influenciam a ind stria e pesquisas de CG Devido ao grande avan o ocorrido no hardware gr fico e na diminui o do seu custo pesquisas que englobam JE RV e RA tendem a produzir resultados cada vez mais interessantes que aumentam o grau de interatividade homem computador A gigantesca ind stria de jogos impulsiona a cria o de ferramentas dispositivos de intera o e game engines que podem ser aproveitados tamb m para o desenvolvimento de prot tipos e ou aplica es finais de RV e RA Dessa forma conhecer
99. 6 Farago P Barros L Landau L Cunha G Costa R M 2005 ATDV An Image Transforming System Lecture Notes in Computer Science v 3414 pp 727 734 Freitas C M D S Manssour I H Nedel L P Gavi o J K Paim T C Maciel Anderson 2003 Framework para Constru o de Pacientes Virtuais Uma aplica o em Laparoscopia Virtual Symposium On Virtual Reality 2005 Ribeir o Preto v 6 pp 283 294 Garcia Alonso A Serrano N Flaquer J 1994 Solving the Collision Detection Problem IEEE Computer Graphics and Applications v 14 n 3 pp 36 43 Gibson S F F Mirtch B 1997 A Survey of Deformable Modeling in Computer Graphics Mitsubishi Electric Information Technology Center America pp 1 22 Gladilin E 2003 A Biomechanical Modeling of Soft Tissue and Facial Expressions for Craniofacial Surgery Planning Tese de 250 Aplica es M dicas usando Realidade Virtual e Realidade Aumentada Doutorado FUBerlin Haluck R Webster R Wang W LeFever A Mohler B 2007 Tracking Laparoscopic Surgical Motions Using the SDT DataGlove em http cs millersville edu webster haptics handproject handproj ect html visitado em janeiro de 2007 Handolin L Partio E K Arnala I Pajarinen J Patiala H Rokkanen P 2007 The effect of low intensity pulsed ultrasound on bone healing in SR PLLA rod fixed experimental distal femur osteotomy in rat
100. 6 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es aplica o de RA citada por Azuma e muitos jogos t m sido usados para esse fim Atualmente at mesmo a ind stria mainstream de Jogos eletr nicos investe em RA como evidenciado pelo EyeToy para Playstation2 Uma preocupa o constante da ind stria de jogos atualmente no entanto como obter jogabilidade original em seus produtos BusinessWeek 2006 o que se torna cada vez mais dif cil conforme os paradigmas com sucesso de jogos e intera o s o explorados incessantemente Novas formas de intera o como o uso do controle do Wii como interface tang vel e o ja citado uso de RA com o EyeToy s o solu es interessantes para esse problema que exemplificam as vantagens que a RA pode trazer ao universo dos jogos eletr nicos Outra vantagem a possibilidade de combinar as caracter sticas de jogos e brincadeiras cl ssicos que n o usam o meio eletr nico como por exemplo jogos de cartas ou tabuleiro como seu forte componente de socializa o com as dos jogos eletr nicos gr ficos e sons din micos e atraentes IA comunica o em rede manuten o das regras atrav s da combina o de elementos reais e virtuais Magerkurth et al 2004 Por outro lado jogos s o uma aplica o bastante adequada para testar novas formas e dispositivos de interface como RA Starner et al 2000 Devido ao car ter l dico e met foras bem conhecida
101. 802 11g Fornece uma taxa da transmiss o de 20 Mbps e aplica se a LANs Funciona na faixa de 2 4GHz O padr o 802 11 pode assumir ainda diversas topologias de interconex o que compreendem Independent Basic Service Set IBSS ou Ad Hoc Basic Service Set BSS e Extended Service Set ESS 142 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es BlueTooth Bluetooth um tipo simples de rede wireless que permite a formac o de uma pequena rede com os at oito dispositivos que conectados de uma vez Tais dispositivos incluem PDAs Laptops telefones m veis e computadores pessoais Entretanto o Bluetooth pode tamb m ser encontrado nos teclados mouses headsets e jogos hands free de telefone m vel entre outros Foi inventado originalmente por Ericsson em 1994 Dentre suas principais vantagens poss vel destacar o baixo custo e a configura o din mica interessante citar que o Bluetooth ao contr rio de outros padr es compreende n o apenas as camadas mais baixas da rede mas tamb m a camada da aplica o 7 3 3 Formas de Implementa o S o v rios os modelos de suporte de comunica o que podem ser utilizados Geralmente o desenvolvedor procura um ambiente que lhe abstraia detalhes de comunica o S o v rios os pacotes de software que oferecem tais servi os Pode se dividi los em quatro categorias baseados em sockets toolkits middlewares e frameworks Os sockets s o primitivas que est
102. Aplicac es docente pela Universidade de Sao Paulo na rea de tecnologias interativas membro do Conselho Deliberativo da Escola do Futuro da USP Foi General Chair do SVR 2004 Program Chair do SBGames 2005 e Program Chair do SVR 2007 presidente eleito da Comiss o Especial de Realidade Virtual CERV da SBC para o mandato 2007 2008 reas de Interesse Realidade Virtual Realidade Aumentada Tecnologias Interativas Educa o Virtual Interativa e Games Filia o INTERLAB Laborat rio de Tecnologias Interativas do Departamento de Engenharia de Computa o e Sistemas Digitais da Escola Polit cnica da Universidade de S o Paulo LPAI Grupo de Pesquisa Processos amp Linguagens Emergentes Design amp Tecnologia do Centro Universit rio Senac de S o Paulo Contato tori acm org Rosa Maria Esteves Moreira da Costa Professora adjunta da Universidade do Estado do Rio de Janeiro Obteve o grau doutora pela Coppe Programa de Engenharia de Sistemas e Computa o da UFRJ em 2000 reas de interesse Realidade Virtual aplicada Medicina e Educa o Intelig ncia Artificial aplicada aos ambientes virtuais e Realidade Aumentada Filiac o Universidade do Estado do Rio de Janeiro Instituto de Matem tica e Estat stica Departamento de Infrom tica e Ci ncia da Computa o Contato rcosta ime uerj br S rgio Roberto Delfino concluiu o Bacharelado em Ci ncia da Computa o pelo Centro Universitario Euripides d
103. Ep bg Figura 12 3 Interface do 3d Active Chart Systems 2004 266 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es 12 5 Visualiza o de Informa o com Realidade Aumentada Para implementar interfaces tridimensionais propiciando visualiza o e manipula o parecidas com as a es no mundo real a Realidade Virtual faz uso de dispositivos especiais como luvas e capacetes Isto se deve ao fato do usu rio ter que entrar no contexto da aplica o executada dentro do computador exigindo que ele conhe a ou seja treinado no uso desses Kirner and Tori 2004 Assim apesar dos benef cios de uma intera o mais natural a necessidade de equipamentos especiais e de treinamento para seu uso acaba limitando o alcance da Realidade Virtual Uma solu o para esse tipo de problema foi dada pela tecnologia de Realidade Aumentada que misturando o cen rio real com objetos virtuais gerados por computador produz um nico ambiente sobreposto ao ambiente f sico disposto na frente do usu rio Azuma 1997 produzindo facilmente a an lise e a Intera o com gr ficos e a explora o de aspectos cognitivos relatados com a compreens o da informa o Al m disso o usu rio utilizando as m os consegue manipular os objetos reais e virtuais do cen rio misturado Billinghurst 2005 sem a necessidade de equipamentos especiais Abaixo s o descritos alguns exemplos da aplica o da Realidade Aumentada na
104. FID PDA Proje o simples monitor laptop PDA HMD v deo e tica Herding Sheep MacWilliams et al 2003 Visao computacional ferramenta DTrack da ART Tang vel apontar e voz laptop PDA Tang vel marcadores fiduciais ou puck Visao computacional HMD otica p ou sensor magn tico 210 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es o magn co simples tica no tabuleiro ou HMD tica HMD v deo HMD v deo Tang vel pe as com diodo infravermelho Personal interaction sensores magn ticos panel Szalav ri e Gervautz 1997 Tang vel Vis o computacional marcadores Diodos e sensores infravermelho Vis o computacional com marcas Vis o computacional marcadores fiduciais infravermelho ou r dio Rastreamento magn tico da cabeca e vis o computacional Tangivel mallets Visao computacional Tang vel taco bola Visao computacional dataglove e sensor magn tico N o tang vel bola AR Billiards HMD v deo Tang vel o pr prio 211 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Jebara et al jogo de bilhar 1997 Ping Pong Plus Ishii et al das Tang vel o pr prio simples tica jogo de ping pong Monitor v deo Visao computacional Tang vel raquete Met fora F sica Sensores magn ticos HMD tica Gestos N o tang vel os TOMUS bladeships Na
105. ISUALIZATION IMAGING AND IMAGE PROCESSING 2003 Anais IASTED 2003 p 950 954 Underkoffler J Ishi H 1998 Illuminating light an optical design tool with a luminous tangible interface In Proceedings of the SIGCHI conference on Human factors in computing systems 542 549 Vieira B Theodoro C Trias L Miranda F Ton R ARHockey Um jogo de Realidade Aumentada Baseada em Projetores In Anais SBGames 2006 Wagner D Barakonyi I Augmented Reality Kanji Learning In IEEE AND ACM INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON MIXED AND AUGMENTED REALITY 2 2003 Anais ACM 2003 Wagner D Pintaric T Ledermann F Schmalstieg D Towards Massively Multi User Augmented Reality on Handheld Devices In INTERNATIONAL CONFERENCE ON PERVASIVE COMPUTING 3 2005 Anais 2005 22 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Walther B K Playing and Gaming Reflections and Classifications In GAME STUDIES THE INTERNATIONAL JOURNAL OF COMPUTER GAME RESEARCH vol 3 issue 1 May 2003 Disponivel em http www gamestudies org 0301 walther Acesso em Marco 2007 Woodward C Honkamaa P J ppinen J Py kkimies E CamBall Augmented Networked Table Tennis Played with Real Rackets In ACM SIGCHI ADVANCES IN COMPUTER ENTERTAINMENT 2004 Anais ACM 2004 p 275 276 Wittgenstein L Philosophical Investigations 1953 Zhou Z Cheok A D Chan T
106. Intera o com um computador Em RV o usu rio est imerso no ambiente e as met foras convencionais tais como Interface gr fica do usu rio est o fora do ambiente n o sendo portanto apropriadas para tais sistemas Construir uma boa met fora para o ambiente virtual numa aplica o uma tarefa cr tica visto que necess rio saber como esta met fora determinar a apar ncia e o comportamento do ambiente e tamb m como o usu rio interagir com tal ambiente Uma boa met fora permitir ao usu rio interagir eficaz e 95 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es confortavelmente com o ambiente virtual para executar as tarefas da aplicacao evidente que uma nica met fora n o cobrir todas as aplica es de RV ou todos os dom nios sendo necess rio que estas met foras sejam constru das com base em cada caso Uma met fora tamb m n o deve derivar do mundo real mas de uma linguagem convencional do dominio da aplica o para que o ambiente seja constru do Pode se definir varios niveis de uma met fora num ambiente virtual e Met fora s para todo o ambiente Determina a apar ncia total do ambiente incluindo os tipos de objetos que aparecerao no ambiente e tipos de comportamentos e Met fora s para representa o de informa o Como a informa o ser apresentada ao usuario e Met fora s de intera o Como o usu rio interagir com o ambiente e com os objet
107. Li Y Jumanji Singapore An Interactive 3D Board Game Turning Hollywood Fantasy into Reality In ACM SIGCHI ADVANCES IN COMPUTER ENTERTAINMENT 2004 Anais ACM 2004 p 362 363 222 Aplica es M dicas usando Realidade Virtual e Realidade Aumentada Capitulo 11 Aplica es M dicas usando Realidade Virtual e Realidade Aumentada F tima L S Nunes Rosa M E M Costa Ana Claudia M T G Oliveira S rgio R Delfino Larissa Pavarini Ildeberto A Rodello J os Remo F Brega e Ant nio C Sementille Programa de P s Gradua o em Ci ncia da Computa o Centro Universit rio Eur pides de Mar lia UNIVEM Avenida Hygino Muzzi Filho 529 CEP 17525 901 Mar lia SP Brasil fatima pavarini rodello remo semente Kounivem edu br anatiessi srdelfino Kogmail com Universidade do Estado do Rio de J aneiro IME Dept de Inform tica e Ci ncia da Computa o Rua S o Francisco Xavier 524 6 BI B CEP 20550 013 Rio de Janeiro RJ Brasil rcosta ime uer br Abstract Virtual Reality VR and Augmented Reality AR application for health area are developed with the most different purposes Independent of the application objectives requirements for its building can exceed that ones requested for application in other 223 Aplicac es M dicas usando Realidade Virtual e Realidade Aumentada areas This chapter presents a practical vision of the important requirements to
108. M Pertaub D P and Baker C Medicine Meets Virtual Reality 2001 Outer Space Inner Space Virtual Space volume Studies in Health Technology Studies In IOS Press Amsterdam Netherlands 2001 Starner T et al Mind Warping Towards Creating a Compelling Collaborative Augmented Reality Game In INTERNATIONAL CONFERENCE ON INTELLIGENT USER INTERFACES 5 2000 Anais ACM 2000 p 256 259 Swartout W van Lent M Making Game of a System Design In Communications of the ACM 46 7 32 39 2003 Szalavari Z Eckstein E Gervautz M Collaborative Gaming in Augmented Reality In ACM SYMPOSIUM ON VIRTUAL REALITY SOFTWARE AND TECHNOLOGY 1998 Anais 1998 p 195 204 220 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Takemura M Haraguchi S Ohta Y An Interactive Attraction in Mixed Reality Bladeships In INTERNATIONAL CONFERENCE ON VIRTUAL SYSTEMS AND MULTIMEDIA 10 2004 Anais 2004 Thomas B Close B Donoghue J Squires J De Bondi P Piekarski W First Person Indoor Outdoor Augmented Reality Application ARQuake In Personal and Ubiquitous Computing n 6 p 75 86 2002 TMG MIT Media Lab Tangible Media Group sitio web Disponivel em lt http tangible media mit edu gt acessado em Fevereiro de 2007 Ulbricht C Schmalstieg D Tangible Augmented Reality for Computer Games In THE IASTED INTERNATIONAL CONFERENCE ON V
109. Medicine John Wiley amp Sons New York pp 13 40 Sherman W e Craig A Understanding Virtual Reality Morgan Kaufmann 2003 Souza D Souza L Cunha I Moraes R Machado L 2007 Development of a VR Simulator for Medical Training Using Free Tools A Case Study SVR 2007 no prelo Tan H e Pentland A 2001 Tactile Displays for Sensory Substitution and Wearable Computers In Fundamentals of Wearable Computers and Augmented Reality cap tulo 18 Lawrence Erlbaum Associates 2001 VFlight 2007 Online http www noonco com flyer index html Acesso em marco de 2007 167 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Capitulo Ambientes Colaborativos de Realidade Virtual e Aumentada Denise Filippo Alberto Raposo Markus Endler e Hugo Fuks Departamento de Inform tica Pontif cia Universidade Cat lica do Rio de J aneiro PUC Rio Av Marqu s de Sao Vicente 225 RDC G vea 22453 900 Rio de Janeiro RJ Brazil denise les inf puc rio br abraposo tecgraf puc rio br fendler hugo inf puc rio br Abstract This chapter deals with Virtual and Augmented Reality VR and AR Collaborative Environments from the point of view of collaborative systems presenting them as a class of applications with specific workgroup directed characteristics and demands Environment exploiting the particularities of VR and AR applied to different collaborative scenarios are presented Regardi
110. Nakanishi H 2004 FreeWalk a social interaction platform for group behaviour in a virtual space International Journal of Human Computer Studies v 60 n 4 April pp 421 454 NetAttack http www fit fraunhofer de projekte netattack index_en xml aspect spielidee Acesso em Jan 2007 Poupyrev I Berry R Kurumisawa J Nakao K Billinghurst M Airola C Kato H Yonezawa T e Baldwin L 2000 Augmented Groove Collaborative Jamming in Augmented Reality SIGGRAPH 2000 Conference Abstracts and Applications pp 77 Raposo A Fuks H 2002 Defining Task Interdependencies and Coordination Mechanisms for Collaborative Systems in Blay Fornarino M Pinna Dery A M Schmidt K amp Zarat P Cooperative Systems Design vol 74 of Frontiers in Artificial 189 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Intelligence and Applications ISBN 1 58603 244 5 IOS Press Amsterdam pp 88 103 Reitmayr G Schmalstieg D 2004 Collaborative augmented reality for outdoor navigation and information browsing Qe Symposium on Location Based Services and TeleCartography Viena Jan p 53 62 Rodrigues L C R Kubo M M Rodello I A Sementille A C Tori R Brega J R F 2004 Ambientes Virtuais Distribu dos Realidade Virtual Conceitos e Tend ncias Pr Simp sio SVR 2004 C Kirner amp R Tori eds SBC pp 43 59 Second Life http se
111. O ARToolkit disponibiliza tr s fun es para controlar o tempo de vida da aplica o i inicializa o i ni t 11 la o principal MainLoop e ii finaliza o cleanup Na primeira dentre outras eventuais inicializa es a c mera configurada com a chamada da fun o arVideoOpen que toma como par metro uma cadeia de caracteres Esta cadeia de caracteres deve abrigar uma senten a cuja sintaxe permite determinar par metros intr nsecos da c mera tais como n mero de pixels na largura vi deoWi dth e na altura vi deoHei ght tipo de c mera e alguns de seus identificadores a escolha sobre mostrar ou n o uma GUI showD g quando a c mera estiver sendo iniciada entre outros Nas vers es mais atuais do ARToolkit 2 7 em diante Lamb 2007 estes par metros s o configurados em um arquivo XML Uma vez configurada a c mera recomend vel que sejam recuperadas as resolu es largura e altura com que realmente a 28 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es c mera foi configurada poss vel configurar qualquer dimens o em ar Vi deoOpen por m o hardware da c mera pode n o oferecer exatamente a resolu o desejada A fun o arVideolnqSize retorna o n mero de pixels na largura e altura como par metros passados por refer ncia C meras s o dispositivos que normalmente disp em de mecanismos m veis para ajustar a dist ncia focal ou aproximando ou distanciando
112. SHOP ON NETWORK AND SYSTEM SUPPORT FOR GAMES 2 2003 Anais 2003 p 106 117 216 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Crawford C Chris Crawford on Game Design New Riders 2003 Eberly D H 3D Game Engine Design A Practical Approach to Real Time Computer Graphics Morgan Kaufmann 2000 Fraunhofer F NetAttack Homepage sitio web Dispon vel em http www fit fraunhofer de projekte netattack index en xml aspect ar gaming gt Acesso em abril de 2006 Govil A You S Neumann U A Video Based Augmented Reality Golf Simulator In ACM INTERNATIONAL CONFERENCE ON MULTIMEDIA 8 2000 Anais ACM 2000 Hakkarainen M Woodward C SymBall Camera Driven Table Tennis for Mobile Phones In ACM SIGCHI INTERNATIONAL CONFERENCE ON ADVANCES IN COMPUTER ENTERTAINMENT TECHNOLOGY 2005 Anais 2005 Hamalainen P Ilmonen T Hoysniemi J Lindholm M Nykanen A Martial Arts in Artificial Reality In INTERNATIONAL CONFERENCE FOR HUMAN COMPUTER INTERACTION 2005 Anais 2005 Hause K What to Play Next Gaming Forecast 1999 2003 In CONFERENCE ON HUMAN FACTORS IN COMPUTING SYSTEMS 2003 Anais 2003 p 894 895 Ishii H Ullmer B 1997 Tangible bits towards seamless interfaces between people bits and atoms In Proceedings of the SIGCHI conference on Human factors in computing systems 234 241 Ishii H Et Al PingPongPlus
113. Visualiza o de Informa o Visualiza o de Informa o de Dados Multidimensionais Usando Realidade Aumentada Foi desenvolvida pela Universidade Federal do Par uma aplica o para visualizar dados multidimensionais com Realidade Aumentada Meiguins 2006 O sistema foi constru do utilizando a biblioteca ARToolKit Kato 2000 como suporte nesta aplica o o usu rio pode interagir de forma natural e direta com a 267 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es representa o manipulando filtros e objetos tridimensionais Cada objeto visualizado possui caracter sticas espec ficas de cor forma e tamanho que representam diretamente valores dos atributos da base Por meio de obstru o dos marcadores poss vel acessar qualquer fun o do sistema Esta a o consiste em interromper por algum instante o processo de captura da c mera sobre o marcador Algumas destas fun es consistem na utiliza o de filtros e transforma es geom tricas Os filtros implementados foram idealizados nos conceitos de consultas din micas e contemplam tanto valores discretos quanto cont nuos Os atributos discretos normalmente est o mapeados para caracter sticas configur veis de cor forma e tamanho J os atributos cont nuos podem ser representados nos eixos do gr fico poss vel tamb m interagir com o sistema por meio de mecanismos de zoom rota o e transla o Al m das representa e
114. a o da Universidade Federal de Uberl ndia UFU Graduado em Ci ncia da Computa o pelo Centro Universitario Adventista de S o Paulo 2005 Atualmente dissente do curso de mestrado em Engenharia El trica da Universidade Federal de Uberl ndia atuando como pesquisador na rea de Computa o Gr fica Realidade Virtual e Aumentada reas de Interesse Realidade Virtual Realidade Aumentada Visualiza o de Informa es Filia o Grupo de Realidade Virtual UFU P s gradua o em Engenharia El trica UFU Contato ezorzal gmail com http www realidadeaumentada com br F tima L S Nunes professora do Centro Universit rio Eur pides de Mar lia UNIVEM onde coordena os Cursos de Bacharelado em Ci ncia da Computa o e Bacharelado em Sistemas de Informa o Fez p s doutorado no Departamento de Engenharia El trica EESC USP e Doutorado em F sica Computacional IFSC USP Coordena o 282 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Laborat rio de Aplica es de Inform tica em Sa de do Univem Outros eraus acad micos sao Mestre em Engenharia El trica EESC USP e Bacharel em Ci ncia da Computa o UNESP Bauru pesquisadora n vel 2 do CNPq reas de Interesse Realidade Virtual Processamento de Imagens Banco de Dados Engenharia Biom dica Aplica es de Inform tica em Sa de Filia o LApIS Laborat rio de Aplica es de Inform tica em Sa de
115. a o de telepresen a os ambientes virtuais necessitam de vis o estereosc pica que possibilitam a visualiza o de imagens com um mais alto grau de realismo fornecendo sensa o de profundidade ao observar o AV Um dos equipamentos que geram visao estereosc pica mais utilizados na rea m dica o HMD Head mounted display tamb m conhecido como capacete Permite isolar o usu rio do mundo real e projetar imagens que geram um alto grau de presen a Entretanto est no grupo de equipamentos de sa da que gera mais problemas de sa de em seus usu rios tais como n useas e tonturas Os HMDs sao utilizados em variados tipos de aplicac es m dicas desde tratamentos de fobias e problemas neuropsiqui tricos Costa 2004 at a visualizac o de imagens para procedimentos cir rgicos por meio de t cnicas de RA Reitinger 2006 As Mesas de Proje o integram duas telas verticais em formato de L Os usu rios t m possibilidades de visualiza o estereosc pica e de intera o com os objetos da cena Barco 2007 A Caverna ou Cave uma pequena sala onde imagens s o projetadas sobre paredes transl cidas Existem sensores de posi o que capturam os movimentos dos usu rios e atualizam as Imagens 227 Aplicac es M dicas usando Realidade Virtual e Realidade Aumentada projetadas Em geral possuem som 3D gerando sensa es bastante reais Sua grande vantagem permitir que v rias pessoas compartilhem a mesm
116. a o e ferramentas de compartilhamento de arquivos s o exemplos de groupware Neste contexto os Ambientes Colaborativos de RV e RA abrem uma nova perspectiva para a colabora o em grupo ao possibilitar que seus participantes interajam atrav s da simula o de um mundo real ou imagin rio ou atrav s da manipula o de objetos virtuais no mundo real O objetivo deste cap tulo por um lado apresentar o que as tecnologias de RV e RA podem agregar aos sistemas colaborativos de hoje em dia e por outro lado discutir como as aplica es de RV e RA podem ser beneficiadas pelos avan os na rea de sistemas colaborativos 169 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Na se o 9 2 apresentada uma vis o geral da Colabora o e dos sistemas colaborativos As se es 9 3 e 9 4 abordam respectivamente as caracter sticas dos ambientes colaborativos de RV e de RA Na se o 9 5 s o apresentadas tend ncias para estes ambientes A se o 9 6 conclui este cap tulo 9 2 Sistemas Colaborativos Neste cap tulo s o introduzidos os conceitos b sicos de Colabora o e em especial o relacionamento dos sistemas colaborativos com a RV e RA O Modelo 3C de Colabora o e poss veis classifica es para estes sistemas s o apresentados 9 2 1 Dimens es da colabora o Colabora o designa a a o de trabalhar em conjunto ou a realiza o de um trabalho em comum com uma ou mais pessoas Ferreira
117. a e de Computa o Gr fica e como assessor do Centro de Processamento de Dados co autor e editor do livro Ambientes Virtuais Projeto e Implementa o SBC 2003 e do livro Realidade Virtual Uma Abordagem Pr tica Ed Mania do Livro 2004 Participa de projetos na rea de Realidade Virtual RV e Realidade Aumentada RA entre eles Lab Virtual de F sica Interlab USP 2001 RV no controle de consumo de Energia El trica Motor El trico Virtual Utiliza o de mapas conceituais e RV na educa o ensino m dio e superior RA aplicada ao ensino e em jogos reas de Interesse Educa o Virtual Interativa Tecnologias Interativas Realidade Virtual Realidade Aumentada Filia o Grupo de Realidade Virtual da Faculdade de Engenharia El trica Universidade Federal de Uberl ndia UFU Contato alexandre ufu br http www alexandre eletrica ufu br Alexandre N Tomoyose mestrando na Universidade de S o Paulo USP e tamb m pesquisador do Interlab Laborat rio de Tecnologias Interativas Graduado em Engenharia de Computa o pela Escola Polit cnica Poli USP com um projeto na rea de engines de alto n vel para jogos eletr nicos e trabalha com desenvolvimento web e jogos online desde ent o Co l der do projeto Robot ARena do Interlab que consiste em um framework para reduzir o tempo de desenvolvimento de aplica es que implementem Realidade Aumentada Espacial reas de Interesse Aplica
118. a e o bem estar de pacientes em ambiente virtuais 3D Neste sentido antes de expor os pacientes a estes ambientes virtuais fundamental que sejam verificadas suas caracter sticas individuais assegurando que eles n o estejam sofrendo de infec es ou gripes alcoolizados sob o efeito de medicamentos que afetem as fun es visuais ou perceptivas sob o efeito de drogas com hist rico de desordens de equil brio ou com defici ncias visuais 11 15 Coment rios Finais 247 Aplicac es M dicas usando Realidade Virtual e Realidade Aumentada Este cap tulo apresentou uma vis o da RV e da RA aplicadas rea da satide destacando os requisitos fundamentais para a constru o e utiliza o de ambientes virtuais cada vez mais realisticos exemplos de sistemas voltados para o apoio da educa o m dica das telecirurgias e de tratamentos espec ficos dentre outros A partir do que foi exposto percebe se o potencial da RV e RA para impulsionar o crescimento do n mero e da qualidade dos procedimentos m dicos apoiados nestas novas tecnologias Cabe destacar a necessidade de um trabalho cada vez mais interdisciplinar integrando os diferentes especialistas envolvidos na concep o e uso destes produtos Desafios como custo da tecnologia de hardware e software capacidade de processamento das m quinas manipula o de grande volume de dados e familiariza o dos usu rios com as novas tecnologias ainda devem ser vencidos Logo
119. a experi ncia Diffusion 2007 11 3 Cria o de objetos tridimensionais Em aplica es m dicas objetos tridimensionais 3D s o usados para representar pacientes equipamentos ambientes consult rios salas de cirurgia e rg os humanos Ferramentas para modelagens 3D oferecem in meros recursos para a constru o desses objetos sint ticos No entanto necess ria uma certa dose de arte para constru los tarefa nem sempre trivial para profissionais de Computa o Al m disso algumas aplica es como treinamento de procedimentos podem exigir precis o em tempo real Nesses casos o ideal que os objetos 3D sejam modelados a partir de dados provenientes de Imagens m dicas reais Uma solu o para implementar objetos real sticos a utiliza o de imagens geradas por meio de equipamentos m dicos A seguir apresentada uma conceitua o sobre algumas modalidades m dicas que podem gerar imagens para a cria o de um Ambiente Virtual AV Exemplos de m todos de utiliza o dessas imagens s o apresentados na se o 11 9 As modalidades de diagn stico por imagens se estabeleceram h algum tempo valendo se de uma variedade de equipamentos de aquisi o como Tomografia Computadorizada TC Resson ncia Magn tica Nuclear RMN e Ultra Som US Na TC a imagem deriva do tratamento informatizado dos dados obtidos numa s rie de proje es angulares de raios X De maneira simplificada traduz uma sec o
120. a presenca de um marcador mas ele existe e o de confusao quando o marcador no ambiente um e o sistema o identifica como sendo outro Fiala 2005 ARToolKit e o ARTag utilizam padr es para identifica o dos marcadores por m ARTag compara c digos digitais compostos de O s e 1 s ao inv s de imagens como o ARTookit diminuindo o processamento requerido para sua identifica o Outra caracter stica do ARTag que ele detecta a presen a de oclus o e controle de luz que s o pontos falhos do ARToolkit al m de apresentar menor jitter da posi o detectada em caso de perda de foco O ARTag est dispon vel para Windows e Linux sem c digo fonte Dispon vel em http www artag net 6 4 4 Dart Designers Augmented Reality Toolkit DART um editor gr fico Ele foi desenvolvido como um conjuto de extens es do ambiente de programa o multim dia Macromedia Director Ele composto por behaviors extens es do Director escritas na linguagem LINGO e Xtras plugins para o Director escritos na linguagem 125 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es C Esta ferramenta utiliza o ARToolKit para a captura de v deo tracking e para o processo de reconhecimento de marcadores MacIntyre 2004 Este projeto voltado para aplica es onde a m dia gerada por computador diretamente integrada percep o dos participantes Ele suporta Windows e MacOSX Apesar de estar dispon vel para uso li
121. a tecnologia de desenvolvimento de jogos interessante para profissionais estudantes e pesquisadores da rea de RV e RA mesmo que esses s pretendam desenvolver aplica es s rias Este cap tulo apresenta conceitos e tecnologia de JE e analisa algumas de suas rela es com RV e RA 193 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es 10 2 Conceitos Esta se o trata da conceitua o e discuss o sobre a aplica o das tecnologias de JE RV e RA no entretenimento digital com maior nfase na realidade aumentada por se tratar de tecnologia mais recente e ainda pouco explorada pela ind stria do entretenimento Ser o tamb m discutidas semelhan as e diferen as entre t cnicas e tecnologias de RV e JE 10 2 1 Jogos Eletr nicos Definir jogos eletr nicos simples ou seja s o jogos que utilizam dispositivos eletr nicos como computadores consoles de videogame inclusive os port teis e celulares ou PDAs como seu meio ou seja para permitir a intera o com ele mostrar seu estado armazenar suas regras etc L J a defini o de jogo mais problem tica Embora reconhecer intuitivamente se determinada atividade ou n o um jogo pare a tarefa simples diversos autores v m tentando fornecer defini es que consideram adequadas muitas vezes conflitantes entre si sem que a comunidade de desenvolvimento e pesquisa de jogos tenha chegado a um consenso No livro publicado dois
122. abelecem um canal de comunica o inter processos por meio de chamadas de sistemas No socket estabelece se uma porta de comunica o onde mensagens s o enviadas e recebidas baseando se em um dom nio de endere o Unix Domain ou Internet Domain e em um tipo Stream Sockets ou Datagram Sockets Como exemplo pode se citar aplica es desenvolvidas na linguagem Java e VRML Kubo 2000 Kirner et al 2001 143 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Na categoria toolkits se enquadram suporte os modelos desenvolvidos especificamente para um conjunto de aplica es Como exemplo pode se citar o World2World W2W e WorldToolKit WTK Sense8 1998 DIVE Hagsand 1996 MASSIVE Greenhalgh Benford 1995 entre outros O World2World por exemplo uma soluc o em rede baseada no modelo cliente servidor para simula es 3D interativas em tempo real Os componentes clientes do World2World integram se tanto com WorldToolKit quanto WorldUp Sense8 1998 facilitando o desenvolvimento de simula es multiusu rios em ambos os produtos Os middlewares s o solu es independentes de plataformas e de dom nio de aplica o Como exemplo pode se citar o modelo CORBA Common Object Request Broker Architecture Corba 2001 Java RMI Remote Method Invocation Javarmi 2002 al m de outros Por fim t m se os frameworks que s o solu es espec ficas para um determinado dom nio de aplica o Nesta
123. abos devem estar organizados for a genlock rede udio dispositivos de entrada v deo para que estes possam 16 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es ser identificados e ou trocados de maneira f cil Recomenda se agrupar cabos com cintas e presilhas e identificar ambas as pontas com etiquetas ou identificadores pl sticos Os cabos devem ser preferencialmente passados em guias apropriadas e testados antes de sua instala o No caso de ambientes com uma grande quantida de de equipamentos sugere se o uso de pisos elevados ou guias presas ao teto de forma a facilitar o acesso f sico aos equipamen tos j que cabos para ambientes de RV e RA costumam ser bastan te longos verifique as especifica es do padr o para ver o com primento m ximo de cada tipo de cabo sendo tamb m importante que sejam blindados e de boa qualidade para evitar ru dos 4 2 2 Dispositivos de Processamento Durante muito tempo usou se computadores fortemente acoplados para controlar sistemas de RV Estes computadores tinham foco em aplica es gr ficas e eram projetados especificamente para lidar com computa o gr fica com suporte a hardware e arquitetura especializada como era o caso por exemplo dos sistemas da Silicon Graphics Inc Na segunda metade da d cada de 1990 os computa dores pessoais passaram a ser suficientemente poderosos para se rem usados para aplica es gr ficas complexas especialmente com a
124. ac es e profissionais Mesmo quando o entretenimento n o a principal finalidade de um jogo aquele componente deve existir para caracteriz lo como tal dif cil concordar com Roger Caillois 1957 que inclui a n o produtividade como elemento de sua defini o de jogo Se complexo classificar atividades como jogo ou nao classificar os jogos eletr nicos em si tamb m n o unanimidade Uma classifica o comum mas nem sempre consistente do mercado e First Person Shooter FPS jogos de a o em que o jogador tem vis o em primeira pessoa e tem como objetivo eliminar advers rios controlados pelo computador ou por outros jogadores utilizando diversos tipos de armas ou golpes N o existe evoluc o do personagem controlado pelo jogador exceto atrav s da posse de itens que coleta ao longo do jogo e Estrat gia o Jogador controla mais ou menos diretamente diversos personagens normalmente chamados de unidades e estruturas usadas para criar ou melhorar unidades ou para defesa que sao criados dentro do jogo a partir de recursos limitados A estrat gia est no gerenciamento desses recursos na escolha do que criar e no uso das unidades e RPG A principal caracter stica desses jogos a possibilidade de evolu o do personagem controlado pelo jogador menos comum que o jogador controle mais de um personagem mas existem jogos em que controla grupos pequenos cujas capacidades melhoram conforme se alca
125. ades principais do SVR Criado desenvolvido e apresentado por professores e pesquisadores seniores da comunidade de RV e RA o Pr Simp sio oferece aos participantes al m das 8 horas aula material complementar na forma de um texto abrangente que cobre os principais conceitos e tecnologias da rea cujo conte do vai muito al m do que apresentado ao vivo No SVR 2004 o PS deu origem ao livro Realidade Virtual Conceitos e Tecnologia Esse livro j esgotado tem sido usado como refer ncia em cursos t cnicos e superiores n o s da rea de computa o e inform tica mas tamb m de design comunica o e artes Ap s um processo de reestrutura o e revis o da publica o do Pr Simp sio do SVR 2004 bem como a amplia o e cria o de novos cap tulos foi publicado no SVR 2006 o livro denominado Fundamentos e Tecnologia de Realidade Virtual e Aumentada Esse livro foi fruto do trabalho colaborativo de representantes de uma comunidade jovem e atuante que est crescendo em n mero e qualidade podendo ser constatado em cada nova edi o do Symposium on Virtual and Augmented Reality SVR Com o intuito de continuar a democratiza o e a dissemina o do conhecimento sobre RV e RA o PS do SVR 2007 lan a este livro denominado Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplica es contribuindo para a expans o desta comunidade assim com grande prazer que apresentamos o resultado do
126. ado e 1 de trabalho de conclus o de gradua o reas de Interesse Realidade Virtual Realidade Aumentada Intera o Filia o Departamento de Sistemas Computacionais DSC Escola Polit cnica de Pernambuco Poli Universidade de Pernambuco UPE Contato vt 2 cin ufpe br Revisores Cl udio Kirner Filia o UNIMEP UNASP Contato ckirner unimep br Robson Augusto Siscoutto Filia o UNIC FATEC Faculdade de Ci ncia e Tecnologia Contato robson siscoutto poli usp br e robson Q unic br 202 o coe E O TT To ae nn emu uu es Oo T_T e TT ae Est livro foi especialmente editado em tiragem limitada a partir de conte dos desenvolvidos para o curso Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplica es apresentado no pr simp sio em 28 de Maio de 2007 associado ao 1X Symposium on Virtual and Augmented Reality realizado em Petr polis RJ de 28 a 31 de Maio de 2007 promovido pela Sociedade Brasileira de Computa o e organizado pelo Laborat rio Nacional de Computa o Cient fica LNCC
127. al muitos dispositivos de rastreamento foram desenvolvidos usando princ pios mec nicos magn ticos de ultrasom etc Cada tipo apresenta vantagens e desvantagens mas em geral s o caros Mais recentemente com a populariza o da webcam e com o avan o das t cnicas de vis o computacional e do poder de processamento dos microcomputadores o rastreamento ptico passou a ser uma realidade em fun o da disponibilidade e do baixo custo A biblioteca ARToolKit Lamb 2007 usada em aplica es de realidade aumentada utiliza esse tipo de rastreamento Assim o cap tulo 2 deste livro explora em detalhes os conceitos tecnologia e uso de rastreamento ptico para aplica es de realidade virtual e aumentada 1 2 6 Intera o A intera o consiste na capacidade do usu rio atuar em ambientes virtuais e aumentados promovendo altera es e rea es s suas a es Esta a principal caracter stica dos jogos por computador sendo o fator determinante para o envolvimento do usu rio e o sucesso da aplica o 13 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es L Para que uma intera o tenha efeito necess rio um controle de posicionamento do usu rio rastreamento e outros atributos do sistema como apontamento e sele o de objetos ativa o de a es etc O cap tulo 3 deste livro trata dos detalhes da intera o em ambientes e realidade virtual e aumentada mostrando conceitos imp
128. al e com a tens o muscular Por se tratarem de equipamentos atrav s dos quais o usu rio atua e recebe resposta os dispositivos h pticos s o compostos por sensores e atuadores Os sensores s o respons veis por capturar e enviar ao computador os dados do movimento que ser o tratados pelas rotinas h pticas para calcular as informa es de resposta enviadas ao dispositivo atrav s dos atuadores 8 2 1 Dispositivos para m os Os dispositivos para m os costumam fornecer sensa es de tato para os dedos ou para as m os do usu rio como press o calor ou vibra es Para as sensa es de press o atuadores pneum ticos podem ser utilizados instalados em uma luva Estes atuadores s o compostos por bolsas de ar que se inflam quando h contato com objetos do ambiente virtual criando uma press o sob os dedos do usu rio Figura 8 2 O mesmo sistema de coloca o de atuadores 155 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es em uma luva pode ser utilizado para disponibilizar sensa o t rmica ou vibrat ria Os atuadores t rmicos entretanto possuem um funcionamento diferente e utilizam semicondutores para emitir a variac o de temperatura ao usuario Figura 8 3 PS v SM atuador pneum tico Figura 8 2 Exemplo de posicionamento de um atuador pneum tico em uma luva para oferecer sensacao t til Fonte de calor Semicondutar Samlcendutor tipo P tipa M Eletrodo Recepto
129. al gerado por computador apresenta oportunidades que n o s o encontradas na computa o gr fica convencional Para tanto necess rio que se analisem quest es de todo o projeto projeto da interface e quest es importantes de fatores humanos 94 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es e Limites rigorosos de desempenho devem ser cumpridos para que os benef cios de RV sejam alcangados Isto se refere ao fato de que RV deve ser executada com certa velocidade m nima a fim de ser utiliz vel admitindo se a taxa adequada de quadros segundo suficiente para n o frustrar o usu rio Estas duas exig ncias estao freq entemente em conflito mas um desenvolvimento bem sucedido de uma aplicac o de RV deve atender simultaneamente a ambos os requisitos Assim O desenvolvimento de aplica es de RV deve ter tanto uma abordagem top down para atender as tarefas totais do projeto quanto bottom up para os componentes e desempenho 5 2 2 Met foras A maneira como uma aplica o ser implementada depender muito de cada aplica o Entretanto algumas quest es podem ser discutidas levando se em conta as met foras em RV que ser o adotadas Martins 2000 Met fora significa a maneira como o usu rio se relaciona com o ambiente virtual A id ia permitir ao usu rio pensar em termos de intera o com objetos que est o diretamente relacionados a tarefas dispon veis em vez de pensar em termos de
130. al sobre um marcador V rios interlocutores m veis ou em desktops podem participar da confer ncia simultaneamente Os marcadores funcionam como monitores virtuais com a vantagem de poderem ser rearrumados livremente na mesa de trabalho e de serem carregados por usu rios m veis Um ambiente de Comunica o RA como este evita a limita es da udio confer ncia como falta de vis o dos interlocutores da v deo confer ncia como dificuldade de capturar movimentos sutis e de obter informa es sobre o espa o em que est o os participantes e dos CVE como desconex o do mundo real mas ainda requer melhorias devido necessidade de uso do capacete e de rastreamento e registro Billinghurste e Kato 2002 Outra op o para a realiza o de comunica o s ncrona o uso de quadros brancos virtuais Etala 2007 Embora este seja um artefato destinado para desenhar esbo os e esquemas ele tamb m usado como suporte para a troca de mensagens Os ambientes de RA ja apresentam diferentes solu es para a comunica o em ambientes s ncronos Estas podem ser estendidas para os cen rios ass ncronos nos exemplos acima disponibilizando um replay da imagem dos interlocutores falando uma mensagem ou mantendo entre sess es de trabalho as mensagens escritas no quadro branco 182 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es 9 4 2 Coordenacao em RA No contexto dos ambientes colaborativos de RA servi os d
131. ambiente em que os usu rios possam compartilhar a visualiza o e trocar informa es pela Web A visualiza o dos dados feita em um ambiente virtual tridimensional no qual o usuario pode interagir com as representa es por meio de zoom rota o transla o etc Ao passar o mouse sobre um determinado gr fico poss vel verificar os seus detalhes espec ficos Al m disso existe a possibilidade de personalizar algumas caracter sticas da visualiza o dos dados como por exemplo pode se escolher os atributos dos eixos e os valores de seus intervalos Ap s a visualiza o constru da o usu rio poder remover ou adicionar dados e ou atributos Existem duas vis es uma compartilhada e outra individual onde o usu rio pode realizar as intera es com o sistema 263 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Os usu rios devem ser identificados por ogin e senha e a troca de informa o entre eles feita em modo texto Todos os usu rios t m permiss es iguais no ambiente compartilhado e como n o possuem nenhum mecanismo para o controle de concorr ncia faz se necess rio o uso de um protocolo social ou seja os usu rios devem conversar entre si e decidir quem vai alterar o ambiente compartilhado em determinado momento O prot tipo tem como objetivos a Permitir a an lise dos dados simultaneamente por mais de um usu rio b Eliminar a barreira geogr fica quando necess rio c Elim
132. ambiente f sico em que o sistema funcionar deve merecer aten o especial Ele pode ser definido com maior ou menor grau de realismo dependendo da situa o dos usu rios e de restri es espec ficas 4 Especifica o dos Requisitos Envolve principalmente a modelagem e descri o detalhada dos requisitos elicitados Sommerville 1997 e Defini o dos requisitos gerais do ambiente virtual geralmente representados atrav s de modelos conceituais sob a forma de texto ou por meio de nota es gr ficas ou formalismos e Defini o dos requisitos espec ficos ligados as caracter sticas intr nsecas da realidade virtual Aqui importante analisar tr s poss veis alternativas quando a tarefa a ser executada corresponde a do mundo real quando a tarefa for executada de maneira diferente do mundo real e quando a tarefa n o corresponde a uma tarefa no mundo real e Defini o dos requisitos n o funcionais que s o relacionados a aspectos de software de hardware e de fatores externos que determinam condi es ou restri es ao comportamento do ambiente virtual considerado Deve se levar em conta tanto os fatores de qualidade exigidos pela aplica o como usabilidade portabilidade confiabilidade manutenibilidade etc quanto as exig ncias das aplica es de realidade virtual como Imers o Intera o navega o sentido de presen a etc 99 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac
133. anal azul B o primeiro byte do pixel o canal verde G o segundo o canal vermelho R o terceiro e o canal alfa A o quarto Outro formato comum o RGB cuja ordem a mesma da sigla Maiores detalhes sobre espa os de cores podem ser encontrados em Sharma 2003 Poynton 1995 Jack 2005 Uma vez obtido o ponteiro para a imagem com a fun o arVideoGetlmage o processamento torna se a tarefa de reconhecer ou identificar os pixels nesta estrutura Por exemplo se o objetivo for reconhecer um objeto vermelho na imagem adquirida e sabendo se que um quadro de imagem esteja no formato BGRA tudo o que necess rio fazer percorrer cada um dos pixels ou seja grupos de 4 bytes e verificar se o valor do canal R uma vez e meia maior que os canais B e G por exemplo Claro que 30 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es dependendo das caracter sticas do ambiente em que a c mera se encontra e tamb m da intensidade do vermelho do objeto que se quer reconhecer ao inv s de uma vez e meia talvez seja melhor usar um fator maior ou menor que 1 5 Ao longo das discuss es a seguir apenas para efeito de simplicidade os objetos de interesse serao vermelhos Para realizar experimentos essa restri o pode at ser v lida e til Contudo para se conseguir um rastreamento mais robusto recorre se a imagens formadas por fotossensores de radia o fora do espectro vis vel A mais comum delas o
134. anas quanto para aspectos espec ficos de ambientes de RV e ou RA Assim o presente Cap tulo procura apresentar e discutir esses fatores disponibilizando ao leitor a base necess ria para a tomada de decis es no que diz respeito ao projeto e a implementa o de Sistemas Distribu dos de Realidade Virtual SDRV e Aumentada 130 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es 7 2 Projeto O projeto de um SDRV envolve uma s rie de requisitos que compreendem principalmente a modalidade adotada e os cuidados com uma s rie de fatores que afetam seu desempenho Essa se o apresenta e discute tais requisitos 7 2 1 Modalidades Considerando se a finalidade do ambiente virtual AV poss vel classificar um SDRV e Aumentada em multiusu rio colaborativo de grande escala ou de realidade aumentada Ambientes Virtuais Multiusu rio Os AVs multiusuario compreendem aqueles AVs que simplesmente utilizam a infra estrutura de uma rede de computadores para simular a interac o em tempo real entre varios usuarios em um mundo virtual tridimensional compartilhado Nessa categoria considera se que nao ha qualquer a o de aux lio entre os participantes Cada usuario representado no AV compartilhado por uma entidade avatar que vis vel possivelmente sob outro ponto de vista no computador de cada outro participante Ambientes Virtuais Colaborativos Em AVDs os participantes podem compartilhar um mesmo espa
135. anos ap s sua morte o fil sofo Ludwig Wittgenstein 1953 argumenta que uma nica defini o baseada em seus elementos n o suficiente para determinar o conceito de jogo que deveria ser representado por um conjunto de defini es Uma das principais dificuldades est na diferencia o entre jogo brincadeira competi o entretenimento e atividades art sticas Outra se refere s diferen as culturais e ling sticas que tratam tais conceitos de forma diferente em diferentes sociedades Por exemplo em portugu s jogo engloba tr s diferentes palavras da l ngua inglesa play came e gambling Por outro lado play possui um sentido mais amplo que o nosso jogar Para evitar d vidas quando nos referirmos a jogo neste texto estaremos tratando 194 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es desse sentido mais estrito equivalente ao game da l ngua inglesa Atualmente ha tamb m correntes que preferem excluir da classifica o de jogos os programas de simula o como o The Sims e de historias interativas Do ponto de vista tecnol gico no entanto h muitas similaridades entre essas aplica es e jogos eletr nicos de forma que sob esse ponto de vista as tecnologias discutidas neste cap tulo tamb m se aplicam a esse tipo de produto de entretenimento A maioria dos autores concorda com alguns elementos que devem estar presentes em uma atividade para q
136. ara a linguagem Python uma linguagem interpretada interativa tipada dinamicamente e fortemente orientada a objetos e pensada e estruturada para o ensino de programa o Por isso tem uma compreens o simples da estrutura para o f cil aprendizado baixa curva de aprendizagem Netto et al 2006 O processo de desenvolvimento com o Panda3D consiste em escrever programas em Python para controlar esta biblioteca e a programa o se baseia na manipula o de cen rios e atores pr criados Utilizando Panda 3D poss vel navegar em cenas 3D utilizar sa da estereosc pica utilizar diversos dispositivos de Intera o como capacetes de visualiza o HMD Head Mounted 115 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Display sensores de posi o e outros Cabe ressaltar que esta biblioteca de c digo livre http panda3d org Para a modelagem das pe as e do ambiente pode se utilizar ferramentas de modelagem como o Blender e o 3DStudio Max Al m dos recursos para manipula o de imagens e ambientes desta biblioteca como a capacidade de adicao de estereoscopia destaca se a baixa curva de aprendizagem o r pido desenvolvimento de ambientes a f cil instala o a documenta o e os exemplos dispon veis e o suporte dos sistemas operacionais Windows e Linux 6 3 2 Ogre OGRE Object oriented Graphics Rendering Engine um engine gr fico que funciona em Windows Linux e MacOS X e trabal
137. aram um game engine comercial para ser utilizado em uma CAVE ao inv s de um monitor Com o aux lio deste sistema poss vel a exibi o de mostras de arte de forma panor mica isto com um grande campo de vis o Aplica es na rea m dica tamb m s o comuns Slater et al 2001 descreve o uso de JE e RV no tratamento de fobias e traumas Neste sistema o paciente exposto a um ambiente virtual no qual s o realizadas simula es de forma a auxiliar o paciente a superar o problema A grande vantagem que o paciente n o est exposto situa o real que poderia causar algum tipo de dano f sico ou psicol gico maior Losh 2006 descreve um sistema de simula o em RV chamado Virtual Iraq que tenta diminuir os efeitos de estresse p s traum tico de soldados americanos ap s a Invas o do Iraque por for as lideradas pelo EUA em 2003 10 4 Jogos e Realidade Aumentada Em sua primeira importante review sobre Realidade Aumentada Azuma 1997 n o mencionava jogos eletr nicos Citava entretenimento como uma das aplica es dessa tecnologia mas referindo se principalmente produ o de filmes para o cinema J em 2002 jogos eletr nicos s o citados por ele como uma importante aplica o com diversos exemplos Azuma 2002 uma mudan a causada principalmente pelo barateamento do hardware usado em aplica es de RA tornando as apropriadas para o entretenimento dom stico Treinamento tamb m uma importante 20
138. as lentes da superf cie sensorial Al m disso suas caracter sticas intr nsecas e extr nsecas devem ser reconhecidas por um processo chamado calibra o que ser melhor explicado mais adiante na sess o 2 3 2 Grosso modo a calibra o determina par metros da c mera que permitem corrigir distor es bem como determinar como a c mera estava posicionada ou ainda como as lentes estavam ajustadas A fun o arParamLoad recupera os par metros salvos em um processo anterior de calibra o Para Isso fornecido o caminho e o nome do arquivo contendo estes par metros e a vari vel contendo a estrutura lida desse arquivo Esta estrutura n o abriga todos os dados intr nsecos lidos pela configura o tais como a largura e altura que por sua vez s o inclu dos em outra vari vel de calibra o juntamente com os par metros lidos Este agrupamento realizado pela fun o arParamChangeSize e logo ap s a fun o ar Init Cparam carrega estes par metros em uma vari vel alocada em mem ria podendo ser exibidos com a fun o arParamDi sp A c mera finalmente configurada com estes par metros chamando se a fun o ar gl nit junto do qual s o indicados alguns modos de exibi o tais como a magnifica o da imagem a ser exibida na tela op es de tela cheia entre outras No la o principal a primeira instru o executada a de aquisi o de um quadro Esta aquisi o ocorre na chamada da fun o arVi deoGet
139. as quanto a precis o outras nem tanto O ARToolkit disponibiliza um processo de calibra o que salva os par metros em um arquivo Este processo se encontra descrito em Consularo et al 2004 um processo simples por m trabalhoso e sem possibilidade de contorn lo Uma vez com a c mera calibrada poss vel confiar melhor nas coordenadas de p obtidas por m sempre tendo em mente que a c mera um instrumento e todo e qualquer instrumento apresenta Incertezas 43 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es 2 4 Usando o ARToolkit para visualizar o rastreamento Modelo de projec o em perspectiva calibrac o de par metros intr nsecos e extr nsecos tudo isso ja faz parte da implementa o do ARToolkit e est disponivel na forma de bibliotecas A biblioteca ARToolkit para Realidade Aumentada ARI i b implementa o modelo de proje o e a pr pria calibra o pois estas tarefas s o exigidas para a detec o da posi o e da pose de um marcador O marcador um quadrado preto em fundo branco que reconhecido na chamada da fun o arDetectMarker cujos par metros de entrada s o um ponteiro para os pixels da imagem de entrada e um limiar para distinguir o fundo de objetos A sa da ocorre passando se duas refer ncias um ponteiro para uma estrutura que conter dados sobre o marcador reconhecido e um outro ponteiro para um valor inteiro que receber o n mero que identifica o marcador reco
140. as sensores de posi o e outras t cnicas tamb m s o usados Al m disso o jogo normalmente faz uso de algum elemento do ambiente como uma mesa caixas sobre uma grade desenhada no ch o uma parede de cor uniforme um cen rio etc Um terceiro tipo de jogo envolve dispositivos m veis e n o depende do local onde esteja sendo jogado Essa independ ncia que caracteriza esse tipo de jogo e n o somente o uso de dispositivos m veis visto que os mesmos tamb m podem ser usados em jogos eletr nicos em pequenas reas A principal dificuldade para esse tipo de aplica o a capacidade de processamento consideravelmente mais baixa atualmente dos dispositivos port teis Os principais jogos em RA para grandes reas s o o NetAttack Fraunhofer 2007 o Human Pacman Cheok et al 2004 e o ARQuake Thomas et al 2002 Todos utilizam HMDs semi transparentes computadores vest veis GPS e comunica o por rede sem fio O NetAttack e o Human Pacman utilizam mapas 2D do ambiente real enquanto o ARQuake necessita de um modelo 3D O Human Pacman o nico que n o utiliza vis o computacional e marcadores fiduciais para auxiliar no registro utilizando sensores ativos Cada um dos jogos tem peculiaridades interessantes como o uso de uma arma com force feedback como dispositivo de entrada no ARQuake de interfaces tang veis no Human Pacman e de colaborac o com jogadores utilizando inter
141. assumem pap is em um processo de evacua o foco na Coopera o Apesar de poder ser feita de forma ass ncrona devido possibilidade de alterar e deixar recados em artefatos do mundo virtual a Comunica o nos CVEs geralmente s ncrona 9 3 2 Coordenac o em CVEs Al m da potencialidade dos CVEs para a Comunica o tamb m reconhecido seu potencial para a Colabora o baseada em artefatos Coopera o uma vez que CVEs disponibilizam objetos e dados no espa o virtual Zhang e Furnas 2002 Coordena o dentre as 3 dimens es da colabora o ainda a menos explorada nos CVEs Entretanto CVEs voltados para simula es militares e jogos multi usu rios s o exemplos de aplica es colaborativas que necessitam de sofisticados mecanismos de Coordena o para garantir a realiza o das tarefas Capps et al 2001 Um uso relativamente comum de CVEs que permite classific los como ferramenta focada em Coordena o o treinamento O SAVE Holm et al 2002 por exemplo uma aplica o para treinar trabalhadores em situa es de emerg ncia em refinarias de petr leo Tais situa es s o simuladas no ambiente virtual e o treinamento usa uma met fora de Deus Grego onde a pessoa a ser treinada o her i que realizar as tarefas no ambiente virtual e o Instrutor o Deus no Olimpo que coordena toda a simula o altera par metros move objetos e o her i etc 9 3 3 Coope
142. ate Virtual Environment for Teleconferencing ACM Transactions on Computer Human Interaction V 2 N 3 pp 239 261 Hagsand O 1996 Interactive Multiuser Ves in the DIVE System IEEE Multimedia Spring V 3 N 1 pp 30 39 148 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es H llerer T Feiner S Terauchi T Rashid G Hallaway D 1999 Exploring MARS Developing Indoor and Outdoor User Interfaces to a Mobile Augmented Reality System Computers and Graphics 23 6 Elsevier Publishers pp 779 785 JavaRMI 2002 Getting Started using RMI Disponivel em lt http java sun com j2se 1 4 docs guide rmi getstart doc html gt Kirner T G Karner C Kawamoto A L S Cant o J Pinto A Wazlawick R S 2001 Development of a Collaborative Virtual Environment for Educational Applications In Proceedings of the ACM Web3D 2001 Symposium pp 61 67 Kurose J F Ross K W 2006 Redes de Computadores e a Internet Addison Wesley Krebs A M Ionescu M Dorohomceanu B Marsic I 2003 The DISCIPLE System for Collaboration over the Heterogeneous Web In Proceedings of the Hawaii International Conference on System Sciences Kubo M M 2000 Suporte de Comunica o para Sistemas Colaborativos Interoper veis de Realidade Virtual Disserta o Mestrado UFSCar S o Carlos SP Macedonia M R Zyda M J 1996 A Taxonomy for Networked Virtual Environments IEEE Multimedia V 4 N 1
143. atrav s da Internet Ele escolhe o caminho pelo qual ser o enviados os pacotes ou datagramas roteamento do host origem ao host destino Comer 1998 Os hosts sao identificados por endere os de tamanho fixo chamados endere os IPs Apesar dos esfor os para entregar o datagrama no destino o IP n o garante essa entrega A garantia de entrega assim como o controle de ordena o do fluxo de dados de responsabilidade dos protocolos de camada mais alta como o protocolo TCP da camada de transporte Albuquerque 2001 O User Datagrama Protocol UDP em contraste com o TCP n o garante que as mensagens ser o entregues na ordem 138 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es correta nem se elas ser o recebidas As mensagens s o limitadas ao tamanho de um nico pacote datagrama que utiliza a transmiss o de dados pela rede sem conex o ou seja o envio de mensagens consecutivas sem a espera de uma confirma o do destinat rio Desse modo o UDP n o um protocolo confi vel e para certas aplica es necess ria a retransmiss o de mensagem Apesar dessa desvantagem o UDP muito mais r pido que o TCP e pode ser usado para aplica es em que os pacotes perdidos n o tenham tanta import ncia como na transmiss o de udio e v deo Diehl 2001 DIS Em 1985 o Departament of Defense dos Estados Unidos DoD iniciou um projeto chamado SIMNET Macedonia 1996 com o objetivo de desenvolver um
144. bjetos e cortes em aplica es de cirurgia virtual Costa e Balaniuk 2002 que se concentraram em m todos para deformar objetos em tempo real e Dimaio e Salcudean 2002 que apresentaram uma simula o de inser o de agulha virtual em tecidos flex veis Exemplos de utiliza o do m todo Massa Mola s o Delingette et al 1999 que apresentam aplica es de simula es de cirurgias cr nio faciais e Oliveira et al 2006 que implementaram um sistema em Java para simular a deforma o em exames de bi psia de mama 11 12 Estereoscopia 244 Aplica es M dicas usando Realidade Virtual e Realidade Aumentada Em aplica es m dicas muitas vezes a implementa o de estereoscopia esbarra no custo de equipamentos sofisticados que podem fornecer sensa o de imers o mais adequada A seguir sao apresentadas algumas solu es para proporcionar esta sensa o Meneses et al 2002 desenvolveram um estudo para comparar as t cnicas anagl fica e de polariza o quanto nitidez e realismo de um segmento neuroanat mico concluindo que a melhor t cnica em percentagem de efic cia foi a de polariza o apresentando melhor efeito de profundidade e maior nitidez culos estereosc picos obturadores foram usados para simular o treinamento de cirurgias ortop dicas Sourin 2000 e coleta de medula ssea Machado 2003 Montanha e Nunes 2005 optaram por uma abordagem de baixo custo desenvolvendo o m todo de anaglifos e
145. building VR and AR applications for health area motivating a reflection and offering subsidies for planning tools for those people who desire start develop or are already developing application in this knowledge area Resumo As aplica es de Realidade Virtual RV e Realidade Aumentada RA para a rea de sa de s o desenvolvidas para as mais diversas finalidades Independente da finalidade da aplica o os requisitos para constru la muitas vezes podem ir al m daqueles exigidos para aplica es destinadas a outras reas Este cap tulo apresenta uma vis o pr tica dos requisitos importantes para construir aplica es de RV e RA para a rea de sa de motivando uma reflex o e oferecendo subs dios para o planejamento de ferramentas daqueles que desejam adentrar ou est o desenvolvendo aplica es neste campo de conhecimento 11 1 Introdu o Os computadores e tecnologias de comunica o v m sendo utilizados de maneira crescente em diferentes reas do conhecimento sendo que na ltima d cada estes equipamentos se disseminaram fortemente na rea m dica A tecnologia de Realidade Virtual RV vem despertando grande interesse neste dom nio pois amplia as possibilidades de estudo e pr tica de variadas t cnicas e procedimentos m dicos Por outro lado a difus o das redes favorece as aplica es de telemedicina onde gr ficos de alta resolu o imagens e udio podem ser transmitidos e integrados em diferentes ti
146. c es definidas para desempenhar tarefas tais como abrir e fechar a mao Figura 3 6 Gestos sao identificados pelo uso de uma luva que detecta diferentes niveis de pressao para todos os dedos e um tracker A combina o da ativa o de sensores de um ou mais dedos se configura num gesto controlando algum aspecto da aplica o Figura 3 6 Interface baseada em gestos para controle do sistema Imagem cortesia O Grupo de Pesquisa em Realidade Virtual e Multim dia da Universidade Federal de Pernambuco 2006 3 2 5 3 Walking A t cnica Walking simplesmente prev o andar f sico atrav s do mundo 3D sendo bastante natural para o usu rio Ela classificada como uma t cnica de intera o para navega o em ambientes de VR mas mostra se muito adequada para aplica es m veis de AR Um aspecto importante a considerar o fornecimento de avisos que auxiliem no equil brio do usu rio durante a caminhada de forma a promover entendimento espacial O caminhar no mundo real n o sempre pr tico ou fact vel uma vez que limitado por obst culos espaciais e tecnol gicos Al m disto a margem de movimenta o do usu rio diretamente dependente da tecnologia de tracking utilizada Um exemplo que ilustra o uso desta t cnica de intera o uma aplica o de AR que permite ao usu rio visitar a galeria de arte de um museu virtual Para isto o usu rio veste um wearable computer com um Head Mounted Display transl
147. co virtual de trabalho workspace onde poderao ajudar se na execu o de uma determinada tarefa usando os princ pios de trabalho cooperativo baseado em computador CSCW Computer Supported Cooperative Work Nesse sentido classificar se o sistema como um Ambiente Virtual Colaborativo AVC Benford et al 1994 131 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Observa se que o principal diferencial de um AVC a possibilidade de coopera o entre os usu rios na execu o de uma determinada tarefa Em resumo as propriedades desse ambiente relacionam se com espa o presen a e tempo compartilhados comunica o entre os participantes e intera o com o ambiente Snowdon et al 2001 Ambientes Virtual de Grande Escala Os Ambientes Virtuais de Grande Escala AVGESs caracterizam aqueles ambientes que ganham grandes propor es no que diz respeito ao seu tamanho quantidade de objetos presentes quantidade de participantes e complexidade de gerenciamento tanto que por quest es de desempenho o AV pode ser dividido e o controle sobre estas partes ser exercido por diferentes m quinas Durante a navega o pelo ambiente o usu rio pode penetrar em parti es fora do seu dom nio de forma que sua m quina ou servidor dever receber uma r plica dessa parti o Se existirem v rios participantes em uma mesma regi o do AV esse grupo de participantes receber uma c pia dessa regi o e qualq
148. com outras plataformas entretanto apresentam problemas relacionados a portabilidade e depend ncia de plataforma espec fica Propostas t m sido apresentadas como em Deriggi et al 1999 Sementille Sementille 1999 e Kubo Kubo 2000 A desvantagem associada ao desenvolvimento de AVD com sockets refere se principalmente a escalabilidade 7 3 4 Indicativos para Avaliacao de Desempenho A grande maioria dos aspectos discutidos at o momento afeta de alguma forma o desempenho do AVD podendo ent o ser analisados segundo o prisma de confiabilidade e atraso A confiabilidade da rede uma medida que reflete a quantidade de dados que sao perdidos pela rede durante o trajeto do host origem para o host destino O dado perdido pode ser classificado como dado interrompido e dado corrompido O dado interrompido quando o dado nao chega por completo ao host destino O dado corrompido quando o conte do dos pacotes de dados alterado durante a transmiss o e o que chega ao host destino basicamente in til Muitos pesquisadores consideram a interrup o e a corrup o de dados essencialmente 145 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es equivalentes isto porque em ambos os casos o dado n o atinge efetivamente a aplica o destino A confiabilidade da rede frequentemente for a um compromisso entre a largura de banda e a lat ncia Singhal e Zyda 1999 Em geral o atraso um dos principais fato
149. condlife com Acesso em Jan 2007 Singhal S Zyda M 1999 Networked Virtual Environments Design and Implementation Addison Wesley USA 1999 ISBN 0 201 32557 8 Snowdon D Churchill E F Munro A J 2001 Collaborative Virtual Environments Digital Spaces and Places for CSCW An Introduction Collaborative Virtual Environments Digital Places and Spaces for Interaction E F Churchill D Snowdon and A J Munro eds cap 1 Springer Verlag pp 3 17 Spohrer J 1997 What comes after the WWW ISITalk 1997 http www worldboard org pub spohrer wbconcept default html Acesso em Jan 2007 Teufel S Sauter C M hlherr T e Bauknecht K 1995 Computerunterstiitzte Gruppenarbeit Bonn Addison Wesley Wagner D Pintaric T Ledermann F Schmalstieg D 2005 Towards Massively Multi User Augmented Reality on Handheld Devices 3 International Conference on Pervasive Computing Pervasive 2005 Munique Wagner D Schmalstieg D Billinghurst M 2006 Handheld AR for Collaborative Edutainment In Proceedings of the 16th 190 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es International Conference on Artificial Reality and Telexistence ICAT 2006 Nov 29 Dec 1 Hangzhou China Weiser M 1991 The computer for the twenty first century Scientific American Set pp 94 100 Weiser M 1995 Designing Calm Technology Dez 21 www ubiq com weiser calmtech calmtech ht
150. d Practice Guide John Wiley amp Sons England Stuart R 1996 The Design of Virtual Environments McGraw Hill Fairfield PA Vince J 2004 Virtual Reality Systems Addison Wesley Reading MA 107 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Capitulo 6 Ferramentas para Desenvolvimento de Aplicacoes de Realidade Virtual e Aumentada Marcelo de Paiva Guimar es Bruno Barberi Gnecco e Rodrigo Damazio Faculdade de Campo Limpo Paulista Caixa Postal Campo Limpo Paulista SP Brasil marcelodepaiva ogmail com brunobg gmail com Centro Universit rio Adventista de S o Paulo Est de Itapecerica 5859 CEP 05858 001 S o Paulo SP rodrigo damazio org Abstract This chapter presents an overview of how to use existing tools to develop Virtual Reality and Augmented Reality applications These tools make development of new applications easier by abstracting software complexity and reducing development time We describe the most important features to be considered and sought for in those tools allowing the developer to make the best choice for his particular needs We also discuss for each tool their main advantages and disadvantages types of applications they are 108 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es better suited for the developer knowledge required for their use and their future perspective Resumo Este cap tulo apresenta uma vis o ge
151. dades de vida di ria de pessoas com seq elas de aten o e percep o causadas por AVC Os pacientes t m aceitado com muito entusiasmo o trabalho nos ambientes virtuais e os resultados obtidos t m apresentado uma significativa recupera o dos n veis de aten o e concentra o nas atividades cotidianas Cardoso 2006 Costa e Carvalho 2004 apresentam os resultados da aplica o de um programa de reabilita o cognitiva para pacientes com esquizofrenia e insufici ncia mental As atividades propostas contemplam tarefas que estimulam a aten o e a mem ria No experimento verificou se que os pacientes tiveram uma boa aceita o do trabalho com o computador e demonstraram um bom n vel de motiva o para usar a m quina 11 9 Reconstru o de modelos a partir de imagens reais Reconstrur um objeto significa recuperar suas informa es geom tricas e topol gicas e seus atributos a partir do conjunto de amostras que o representa Esta reconstru o feita por meio de algum tipo de interpola o sobre as amostras Existem v rios m todos de reconstru o e visualiza o de objetos tridimensionais Os principais deles podem ser classificados em duas categorias baseados em volume e baseados em superf cie Em aplica es de RV e RA para a rea m dica a fonte de dados s o as imagens provenientes de modalidades como as citadas na se o 11 3 Os m todos baseados em volume percorrem o conjunto de dados gerando u
152. de ser visualizado a partir de qualquer ponto de vista medida que v o sendo feitas altera es em tempo real Comportamentos e atributos podem ser dados a objetos pertencentes ao ambiente o que propicia a simula o de fun es e comportamentos do mundo real enfocado Para suportar esse tipo de intera o o usu rio utiliza dispositivos n o convencionais t picos da rea de RV como capacete de visualiza o e controle luvas spaceball joystick tico etc Estes dispositivos d o ao usu rio a impress o de que a aplica o est funcionando no ambiente tridimensional real permitindo a explora o do ambiente e a manipula o natural dos objetos por exemplo apontar pegar arrastar e rotacionar objetos Stuart 1996 Vince 2004 Um ambiente envolve um determinado espa o e uma situa o delimitada incluindo todos os componentes neles inseridos como o conjunto de objetos e de condi es pass veis de serem percebidos e com os quais poss vel interagir Um ambiente virtual um ambiente interativo gerado por um computador e disponibilizado atrav s de um sistema de realidade virtual Stuart 1996 De acordo com Martins 2000 e Vince 2004 um ambiente virtual t pico deve agregar caracter sticas que o tornem 91 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es e Sint tico Significa que o ambiente gerado em tempo real por um sistema computacional N o por exemplo pr gravado
153. de RA est o fortemente associados Coopera o Na ess ncia da tecnologia RA est a apresenta o e manipula o de objetos virtuais no mundo real provendo o suporte necess rio para que a opera o conjunta 183 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es no espaco compartilhado Cooperac o ocorra Mais que isto este espa o compartilhado o mundo real e a manipula o dos objetos n o necessariamente delimitada por uma tela de monitor nem precisa ficar presa em torno de uma mesa abrindo novas possibilidades de suporte Coopera o A maioria dos ambientes colaborativos de RA trabalha com o aumento do sentido da vis o em cen rios s ncronos co localizados ou remotos Uma exce o o AGroove voltado para a cria o conjunta de m sica com instrumentos reais e virtuais Poupyrev et al 2000 H ainda algumas aplica es que fazem uso simult neo de RA e RV Magic Book 2007 Etala 2007 A visualiza o dos diferentes participantes de um grupo pode se dar de diferentes formas Em ambientes co localizados usu rios com capacetes ou culos especiais podem trabalhar em grupo com objetos virtuais como se eles existissem num mesmo ponto do espa o f sico Billinghurst et al 2001 Kaufmann 2006 Outra maneira cada participante ver os objetos de trabalho atrav s do visor do PDA celular ou monitor Wagner et al 2005 Wagner et al 2006 A tecnologia de proje o possibilita que o
154. de manipu lar a geometria texturas e preparar anima es dos objetos 85 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Em alguns casos poss vel ainda atribuir ac es ou compar tamentos aos objetos dentro do pr prio programa de modelagem 4 3 2 Engines gr ficos A s ntese de imagens de um aplicativo de RV ou RA coordenada pelo engine motor gr fico Apesar de engines gr ficos tentarem ser gen ricos o g nero de aplicativo pode influenciar na escolha do engine jogos costu mam ter requerimentos de recursos e desempenho bastante diferen tes de aplicativos cient ficos de visualiza o de dados por exem plo Entre as caracter sticas que devem ser buscadas em um en gine ressalta se e Suporte leitura de formatos de arquivos necess rios ou Integra o com softwares de modelagem e Suporte a texturas e anima es e Suporte a dispositivos de entrada e sa da sendo que mui tos bons engines optam por n o oferecer suporte algum obrigando o usu rio a utilizar outra ferramenta ou biblioteca que seja mais apropriada para seu aplicativo e Exist ncia de efeitos gr ficos necess rios ou desejados pa ra o aplicativo como anima o de part culas ou sombras e Possibilidade de ser executado facilmente em toda a gama de hardware que for ser utilizada para o ambiente virtual e F cil utiliza o 86 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es 4 3 3 F
155. deral de S o Carlos UFSCar e Graduado em Tecnologia em Processamento de Dados pela Universidade Estadual de Campinas Unicamp pesquisador na rea de Realidade Virtual desde 283 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es 1998 Atualmente docente nos cursos de Bacharelado em Ci ncia da Computa o e Bacharelado em Sistemas de Informa o e no Programa de P s Gradua o em Ci ncia da Computa o do Centro Universit rio Eur pides de Marilia Univem SP sendo membro do Grupo de Realidade Virtual reas de Interesse Realidade Virtual Realidade Misturada Ambientes Virtuais Distribu dos e Compartilhados Realidade Virtual e Educa o Filia o Centro Universit rio Eur pides de Marilia UNIVEM Mar lia SP Contato rodello univem edu br Jo o Luiz Bernardes Jr engenheiro formado em 1998 pela Escola Polit cnica da USP Desde 1995 faz parte de projetos de pesquisa envolvendo desenvolvimento de software Conclui em 2004 o mestrado na Escola Polit cnica englobando principalmente Visualiza o Cient fica e Realidade Virtual Atualmente est no programa de Doutorado da mesma escola desenvolvendo sua tese nas reas de jogos eletr nicos e realidade aumentada um dos fundadores do grupo de pesquisa de jogos do Laborat rio de Tecnologias Interativas da USP onde tem participado de projetos por exemplo Jogo do Museu enJine e FootBot de pesquisas e aplica o de uso de jogos no ensino
156. desempenho do sistema Alguns quesitos para se avaliar o desempenho do sistema s o 101 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es e Lat ncia total isto o ac mulo de atrasos introduzidos por cada componente do sistema necess rio para gerar uma resposta do sistema como taxa de dados e de atualizac o dos rastreadores de posicionamento e tempo gasto para executar a simula o e Taxa de atualiza o do display que a frequ ncia com que sucessivas imagens visuais aparecem no display embora esta taxa contribua para a lat ncia total deve ser analisada individualmente e Robustez que altamente espec fica da aplica o em que suas m tricas devem ser aplicadas para cada aplica o e Toler ncia a falhas que n o uma caracter stica espec fica de sistemas de RV mas que necess ria para um emprego real de aplica es tais como telepresen a Avalia o da usabilidade Como em outras IHCs avaliar a usabilidade incluindo taxa de erro carga de trabalho realiza o da tarefa e aprendizado pode contribuir para melhorar o projeto Entre as abordagens mais conhecidas a avalia o emp rica a mais usada para avaliar a usabilidade de ambientes virtuais Pode se utilizar t cnicas como an lise de videotape entrevistas question rios e monitoramento psicol gico Atrav s destas t cnicas poss vel medir as taxas de erros carga de trabalho aprendizado tempo e taxa de reali
157. do Ac car km 156 13400 911 Piracicaba SP consularo rccoelho unimep br Universidade Estadual do Mato Grosso UNEMAT nivaldi calonegoj r gmail com Abstract The camera tracking is particularly useful for Virtual and Augmented Reality systems because tracked objects may serve as interaction devices in 3D scenes Real object representations are built from the optical tracking of real object projections on photosensor arrays Cameras as tracking devices have the advantage of not having mechanical contact However their effective application requires the knowledge of the main parameters and features involved in the tracking process This chapter is a very short introduction to the camera tracking problem with an ARToolkit based example for punctual objects 22 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Resumo O rastreamento ptico util para sistemas de Realidade Virtual e Aumentada pois objetos rastreados servem como dispositivos de intera o em cenas 3D Representa es de objetos reais s o constru das com o rastreamento de suas proje es sobre uma matriz de fotossensores As c meras t m a vantagem de n o exigir contato mec nico para o rastreamento por m sua aplica o de maneira efetiva requer o conhecimento dos par metros e vari veis envolvidas em um processo de rastreamento Este cap tulo introduz o rastreamento ptico ilustrando o com um exemplo de rastreamento de um objeto po
158. do plano ao espa o No primeiro caso os objetos s o deformados alterando se as posi es dos v rtices dos pol gonos J os representados por superf cies param tricas s o geralmente deformados pela altera o do controle de pontos da superf cie 11 5 Deforma o Um AV pode ser composto de objetos est ticos os quais mant m a mesma forma durante toda sua exist ncia e din micos que mudam de posi o forma ou apar ncia devido a alguma Intera o ocorrida Para que um AV seja real stico necess rio planej lo da forma mais pr xima ao cotidiano definindo suas a es e rea es A deforma o uma das rea es a serem analisadas sendo que o comportamento dos objetos deformados representado por uma 230 Aplicac es M dicas usando Realidade Virtual e Realidade Aumentada simula o geom trica f sica ou h brida Choi et al 2002 definem a simula o geom trica como aquela baseada em manipula es de dados geom tricos como v rtices e pontos Usa artif cios matem ticos para obter resultados visualmente convincentes que permitem mudan a na estrutura do objeto A simula o f sica utiliza a din mica ramo da f sica que estuda as rela es entre as for as e os movimentos que s o produzidos por estas ou seja se preocupa com a causa e a consequ ncia dos est mulos causados Ramalho 1993 Na literatura tr s t cnicas s o as mais citadas para se obter deforma o de objetos
159. dor em uma arquitetura cliente servidor veja Figura 2 9 que pode ser requisitado para enviar dois tipos de informa o i os par metros de c mera a matriz de calibra o 3x3 K a matriz de proje o 3x4 Mr e os fatores de distor o 1x4 D ii as coordenadas atualizadas da proje o do objeto sobre a imagem xr yy O servi o realizado por uma thread iniciada quando a aplica o tamb m iniciada Na linha de comando se nenhum n mero de porta for informado assume se o identificador 1200 Se dois computadores estiverem cada um com uma c mera conectada o ARTracker deve ser executado em cada um deles s 0 o X X K S O 14 0 0 A matriz de calibra o formada por par metros dispostos de acordo com 14 onde s e s s o os fatores de magnifica o da Imagem nas dire es x e y respectivamente e o e o s o as coordenadas do centro de proje o na imagem A matriz de proje o Mr o operador de rota o e transla o que transforma o sistema de coordenadas da c mera para o sistema de coordenadas cuja origem o centro do marcador Ela obtida com a chamada da fun o ar Get Trans Mat que toma como entrada as informa es sobre o marcador tamanho centro identificador entre outras O fator de distor o D um vetor 45 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es formado por 4 valores as coordenadas c e c do centro de proje o da imagem a d
160. dores pessoais que custam alguns milhares de d lares sao capazes de renderizar cenas altamente complexas custando dezenas at mesmo centenas de vezes menos que uma esta o gr fica utilizada em renderiza es mais elaboradas como em anima es pra o cinema ou visualiza o cient fica de dados Swartout and van Lent 2003 As grandes empresas que produzem hardware gr fico visam primeiro antecipar e atender os requisitos dos est dios desenvolvedores de JE enquanto se contentam em atender s necessidades de visualiza o cient fica como um efeito colateral Rhyne 2002 Uma vez tendo ajudado a popularizar o acesso a recursos gr ficos em sistemas computacionais a ind stria de JE est influenciando o ambiente cient fico sendo utilizados sistemas oriundos dos jogos eletr nicos como os game engines nas mais diversas aplica es passando por prop sitos militares Kumagi 2001 educativos e teatrais Jacobson and Hwang 2002 Olanda descreve um sistema feito em RV com objetivos de entretenimento 205 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es que simula a explora o da superficie do planeta Marte Olanda 2006 Em muitos casos game engines comerciais criados para JE servem de plataforma para a visualiza o de dados e simula es f sicas Um outro uso resultante da melhoria gr fica dos jogos eletr nicos a cria o de novas formas de visualiza o de arte Jacobson e Hwang 2002 adapt
161. dores sao sobrecarregados devido aos NACKs adicionais de cada cliente Alguns protocolos tentam evitar isso atrav s de um tempo de espera antes do envio de um NACK similar ao usado no protocolo Ethernet para resolver os conflitos de barramento No DWTP um n mero pequeno de destinos envia o reconhecimento de mensagem contendo o n mero de todos os participantes que est o registrados Assim um participante pode detectar o problema ao receber um ACK de um pacote e n o o pr prio pacote Nesse caso o pacote retransmitido por unicast confi vel TCP para o participante que o solicitou Diehl 2001 J Multi user 3D Protocol O protocolo Multi user 3D Protocol Mu3D foi desenvolvido por Galli e Luo na University of Balearic Islands para um projeto de arquitetura colaborativa Em contraste com o DWTP o protocolo Mu3D peer to peer ja em contrate com o DIS ele n o envia os dados completos somente as atualiza es Diehl 2001 Suponha se por exemplo um jogo de tabuleiro distribu do em que s possa haver um objeto em um quadrado por vez Suponha que a ordena o da origem foi violada o cliente 2 n o recebe a mensagem na ordem em que foi enviada pelo cliente 1 Pode se for ar a ordena o na origem ao se usar n meros sequenciais Se um cliente receber uma mensagem com um numero de seq ncia maior que o ltimo ele espera at que tenha recebido todas as mensagens intermedi rias O cliente bloqueia o n enquanto e
162. e Coordena o s o usualmente oferecidos em conjunto com outros servi os e diferenciam se das aplica es t picas de Coordena o oferecidas nos desktops como workflow e agenda compartilhada Este o caso dos ambientes MARS Mobile Augmented Reality Systems Feiner 2006 e OCAR Outdoor Collaborative Augmented Reality Reitmayr 2004 que s o sistemas colaborativos m veis sens veis localizac o em que usu rios visitam uma rea externa e consultam informa es sobre ela Nestes ambientes objetos virtuais como bandeiras caminhos e estacas s o utilizados para que usu rios conhecedores do ambiente coordenem os visitantes at que estes cheguem ao seu destino Outro exemplo de suporte Coordenacao esta presente em funcionalidades do sistema de busca de informa es do OCAR Esta aplica o possibilita que um guia de turismo coordene um grupo de turistas selecionando e disparando em seus visores objetos virtuais que chamam a aten o para pontos de interesse que devem ser observados a cada momento Assim como no caso dos sistemas focados na Comunica o ambientes colaborativos de RA co localizados ou em ambientes remotos nao precisam necessariamente prover mecanismos de Coordena o expl citos A Coordena o de um grupo pode se dar atrav s do protocolo social isto atrav s da habilidade dos participantes de mediar as Intera es 9 4 3 Coopera o em RA Assim como nos CVEs os ambientes colaborativos
163. e Para iniciar a manipula o a sele o deve ser desabilitada e o estado da sele o deve ser informado durante a manipula o Um aspecto da especifica o da interface definir claramente o que acontece no sistema ap s a manipula o 3 2 2 Controle do Sistema T cnicas de intera o para controle do sistema servem basicamente para modificar o estado do sistema ou o modo de intera o utilizado pelo mesmo Normalmente estas a es s o realizadas atrav s de comandos dispon veis na interface Comandos de controle do sistema muitas vezes s o Integrados com outras tarefas de intera o quando modificam o estado do sistema ou com todas as outras atividades de intera o dispon veis no sistema quando o usu rio os utiliza para controlar o modo de intera o a ser utilizado Um exemplo cl ssico s o comandos acess veis via menus como salvar um arquivo entre outros As t cnicas de intera o para controle do sistema s o Menus Gr ficos Comandos de Voz Comandos de Gestos e Ferramentas Estas categorias possuem v rias t cnicas associadas e uma descri o mais detalhada das mesmas encontra se em Bastos 2006 A Figura 3 2 ilustra a utiliza o de menus 2D adaptados para um cen rio 3D Neste caso o usu rio pode utilizar o menu 59 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es como est habituado a faz lo em aplica es 2D para diversas tarefas de manipulac o de arquivos em um ce
164. e mas um rendering engine gen rico que pode ser incorporado a bibliotecas de tratamento de entradas de processamento de som e as plataformas que disponibilizem algoritmos de intelig ncia artificial 6 3 3 OpenSceneGraph O OpenSceneGraph OSG uma biblioteca de ger ncia de cena baseada em grafos em cena que implementa v rios algoritmos de otimiza o descarte por campo de vis o plano de oclus o descarte de pequenos objetos suporte a n veis de detalhe discretos ordena o por estado suporte a diversos tipos de arquivos atrav s de uma interface plug vel shaders vertex arrays display lists e vertex buffers sendo os tr s ltimos otimiza es espec ficas do OpenGL Silva et al 2003 A biblioteca foi projetada com uma vis o clara de engenharia de software utilizando diversos padr es de projeto para permitir que a biblioteca seja facilmente expans vel e que suporte todos os recursos que podem ser necess rios a aplica es de RV Justamente devido a essa expansibilidade o OSG oferece uma vasta gama de plug ins que permitem integr lo facilmente com outras bibliotecas tais como OpenDE para simula o f sica OpenAL para som e a OSGART dispon vel em duas vers es uma 117 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es livre e outra comercial que oferece fun es espec ficas para RA Al m disso muitas engines foram criadas por cima do OpenSceneGraph como o caso da Delta3D e Coo
165. e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es tecnol gica para o desenvolvimento dos mesmos Singhal e Zyda 1999 Maced nia e Zyda 1997 Rodrigues et al 2004 Neste cap tulo os ambientes colaborativos de RV e RA sao analisados conforme suas caracter sticas para Colabora o apresentadas nas se es anteriores 9 3 Ambientes Colaborativos de Realidade Virtual Os ambientes virtuais colaborativos CVEs Collaborative Virtual Environments apresentam grande potencial para o suporte ao trabalho colaborativo Um CVE definido como uma simula o em tempo real de um mundo real ou imagin rio onde usu rios est o simultaneamente presentes e podem navegar e interagir com objetos e outros usuarios Hagsand 1996 Em CVEs os usuarios s o representados por avatares Figura 9 4 De uma maneira geral os CVEs s o usados para Colabora o com usu rios localizados remotamente e do ponto de vista temporal podem ser tanto s ncronos quanto ass ncronos Nos ltimos anos t m sido realizados trabalhos no sentido de desenvolver CVEs para usu rios no mesmo local criando ambientes fisicamente compartilhados Mulder e Boschker 2004 Kitamura et al 2001 Por m este cap tulo se restringir aos CVEs para usu rios remotamente localizados 175 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Figura 9 4 Exemplo de CVE Walkinside Viewer para visualiza o de modelos CAD de engenharia VRContex
166. e Cruzeiro do Sul reas de Interesse J ogos e Entretenimento Digital Realidade Virtual Realidade Aumentada Computa o Gr fica e Tecnologias Interativas Filia o Interlab Laborat rio de Tecnologias Interativas Departamento de Engenharia de Computa o e Sistemas Digitais Escola Polit cnica da Universidade de S o Paulo Contato daniel calife poli usp br Denise Filippo aluna de doutorado do Departamento de Inform tica da PUC Rio desde 2004 e desenvolve tese sobre suporte computacional coordenac o em sistemas colaborativos mestre em Sistemas de Computa o 1991 e engenheira eletr nica e de telecomunica es 1986 tamb m pela PUC Rio Trabalha na rea de projeto e ger ncia de redes na Universidade do Estado do Rio de Janeiro UERJ desde 1992 rea de interesse Suporte Computacional Colabora o Aprendizagem Colaborativa e m learning Filia o Departamento de Inform tica da PUC Rio e Instituto Polit cnico Campus Regional da Universidade do Estado do Rio de Janeiro em Nova Friburgo RJ Contato denise les inf puc rio br Edgard Lamounier Jr obteve o titulo de PhD em Ci ncia da Computa o pela Universidade de Leeds Inglaterra Atualmente ele professor associado da Faculdade de Engenharia El trica da Universidade Federal de Uberlandia onde desenvolve trabalhos de ensino pesquisa e extensao Ele ja publicou diversos artigos nacionais e internacionais na area de Realidade Virt
167. e Mar lia em 2004 Cursa mestrado em Ci ncia da Computa o pela mesma institui o desde 2005 Atualmente professor auxiliar da Faculdade de Tecnologia de Ourinhos e professor efetivo das Faculdades Integradas de Ourinhos reas de Interesse Realidade Virtual Computa o Gr fica Processamento de Imagens e Treinamento M dico Filia o LApIS Laborat rio de Aplica es de Inform tica em Sa de Grupo de Pesquisa em Realidade Virtual do Centro Universit rio Eur pides de Mar lia Contato srdelfino gmail com 290 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Tereza Goncalves Kirner graduada pela Universidade Federal de Sao Carlos UFSCar com mestrado pela Universidade Federal do Rio de Janeiro UFRJ e doutorado pela Universidade de Sao Paulo USP Realizou p s doutorado de 2 anos no Center for Software and Systems Engineering CSSE da Universidade do Colorado em Colorado Springs UCCS Estados Unidos desenvolvendo trabalhos sobre engenharia de requisitos de software reas de interesse Engenharia de Software e Sistemas de Informa o incluindo o desenvolvimento e avalia o de ambientes e sistemas de realidade virtual Filia o Programa de P s Gradua o em Ci ncia da Computa o Universidade Metodista de Piracicaba UNIMEP Contato tgkirner unimep br Val ria Farinazzo Martins Salvador graduada em Ci ncia da Computa o pela Universidade Estadual Paulista J lio de Me
168. e RA para adicionar realismo Em geral sao utilizados apenas em partes do mundo virtual mas seus resultados potencializam a sensa o geral de realismo para o usu rio Na sess o a seguir ser o apresentadas algumas das tecnologias utilizadas na cria o de dispositivos h pticos com exemplos de dispositivos encontrados no mercado Em seguida ser o apresentadas aplica es de sistemas h pticos em sistemas de RVeRA 154 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es 8 2 Tecnologias Nos ltimos anos uma s rie de dispositivos h pticos v m sendo desenvolvidos com o objetivo de oferecer meios de reconhecer e manipular objetos em sistemas de RV e RA Estes dispositivos podem ser divididos em tr s categorias principais de acordo com seu uso para as m os para os bra os ou pernas e para o corpo Os dispositivos para as maos geralmente oferecem apenas retorno t til e permitem sentir as propriedades t rmicas ou da superficie de objetos vibra es por exemplo Entretanto alguns sao adicionados de mecanismos que permitem tamb m simular force feedback Os dispositivos para bra os ou pernas visam permitir sentir as for as de resist ncia relacionadas ao material que comp e o objeto e oferecem retorno de for a ou seja se utilizam da tens o de m sculos ou juntas para permitir sentir a densidade de um objeto ou do ambiente por exemplo J os dispositivos para o corpo trabalham com o equil brio corpor
169. e cobrem os aspectos experimentais atrav s de uma abordagem did tica que explora principalmente a visualiza o 3D de partes do corpo humano O estudo da anatomia em m dulos virtuais diminui a necessidade do uso de cad veres e oferece imagens com cores e comportamentos mais reais Em um humano virtual poss vel observar os rg os em pleno funcionamento diminuir os riscos de erros de sec o e os efeitos psicol gicos adversos gerados pelo contato com cad veres reais Em geral os Atlas para estudos da anatomia apresentam desenhos e fotos que n o permitem uma vis o mais integrada de rg os e sistemas Os Atlas digitais v m suprindo algumas car ncias observadas nos Atlas em papel entretanto n o poss vel 236 Aplica es M dicas usando Realidade Virtual e Realidade Aumentada a visualiza o estereosc pica nem possibilidades de observa o cooperativas O Anotoml Monteiro 2006 um Atlas digital de uso livre e permite de forma interativa a manipulac o e o estudo de estruturas tridimensionais do corpo humano com descritivos contendo informa es textuais sobre cada estrutura Este Atlas como recursos de RV e estereoscopia imers o simult nea de v rias pessoas baixo custo de desenvolvimento e processamento e aplica o de transpar ncias entre outras Permite ainda a consulta cooperativa que favorece o estudo e a discuss o das estruturas estudadas O Visible Human Project Visible 2007 dispo
170. e d se import ncia somente as fronteiras que delimitam o objeto volum trico A partir de atributos como a fun o de densidade feita uma busca nas fatias do volume a fim de definir o conjunto de contornos que delimitar o a superf cie exemplo na Figura 11 7 As t cnicas desta categoria s o utilizadas principalmente para reconstruir superf cies de objetos morfologicamente bem definidos Uma das grandes vantagens dos m todos de reconstru o de superf cies em rela o aos m todos de reconstru o volum trica a menor 241 Aplica es M dicas usando Realidade Virtual e Realidade Aumentada quantidade de informa es armazenadas Uma vez constru da a superf cie pode se aplicar t cnicas de renderiza o conhecidas para visualizar o objeto Figura 11 6 Reconstru o de uma superficie a partir de contornos Peixoto 2000 11 10 Deteccao de colisao Como introduzido na se o 11 4 a detec o de colis o com precis o um fator relevante para proporcionar realismo em aplica es para a rea m dica A seguir s o citadas algumas solu es para alcan ar este requisito O uso de hierarquias juntamente com o conceito de volumes limites frequentemente empregado para uma r pida detec o de colis o Um volume limite representa a extens o espacial m xima de um objeto podendo ser representada por um cubo ou esfera Sense8 2006 Esta abordagem consiste em criar aproxima es geom tricas pa
171. e das a es que estes executam sobre o AV Quando um participante entra em um local compartilhado este se torna uma pessoa virtual denominado de avatar ou seja assume uma representa o gr fica dentro do ambiente Uma vez dentro de um AVD cada participante pode visualizar outros avatares localizados no mesmo espa o e suas intera es no ambiente Similarmente quando um participante deixa o AVD os outros participantes v em seu avatar partir Nem todos os avatares precisam ser controlados por participantes Alguns podem ser entidades sint ticas controladas por modelos de simula o dirigidos por eventos Quantidade de Objetos Presentes no AV Os objetos que comp em cada AV tamb m s o fatores a serem discutidos em termos de quantidade n vel de detalhes e comportamento Eles est o relacionados de forma que um equil brio contribui para o desempenho do sistema A quantidade de objetos corresponde a quantos objetos estar o presentes na cena 134 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es de acordo com certo n vel de detalhamento e um comportamento permitido Objetos mais pr ximos necessitam de um n vel de detalhes maiores implicando em um n mero maior de pol gonos Tal n vel entretanto nao deve ser mantido para o mesmo objeto quando a uma dist ncia maior uma vez que o realismo tende a ser mantido reduzindo se os detalhes dos objetos medida que o ponto de vista deles se afasta
172. e se citar SideWinder Joystick WingMan Mouse Phantom e CyberFor ce Seu uso mais comum em simuladores como por exemplo os de cirurgia e de treinamento m dico que reproduzem texturas vi bra es inclina o e acelera o sofridas no mundo virtual Eles geram um alt ssimo grau de imers o e intera o com o ambiente virtual mas costumam ser caros e espec ficos para algumas das aplica es 80 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Os rastreadores s o dispositivos que permitem aplica o rastrear a posi o e ou orienta o tridimensional de partes do corpo do usu rio H v rios m todos usados para o rastreamento campos eletromagn ticos sonar conjuntos de c meras associados a marca dores reflexivos no corpo etc Rastreadores costumam ser caros e precisam ser calibrados o que uma tarefa tediosa e por vezes bastante trabalhosa mas permitem uma intera o tridimensional completa poss vel tamb m rastrear movimentos dos usu rios sem que estes usem equipamentos em seu corpo ou com pequenos mar cadores para auxiliar na segmenta o das Imagens somente com c meras dispostas no ambiente Sistema deste g nero t m a vanta gem de ser pouco ou n o intrusivos Enquanto sistemas simples usam uma nica c mera sistemas mais complexos chegam a usar dezenas de c meras para evitar oclus o uma pessoa na frente da outra por exemplo que devem ser sincronizadas e calibradas
173. e uma escolha cuidadosa e consciente por parte do desenvolvedor Uma escolha comum por exemplo a decis o entre uma ferramenta de uso simples com recursos limitados e outra de uso mais complicado por m que oferece mais recursos No desenvolvimento de aplica es de RV e RA essas preocupa es tamb m devem estar presentes e os principais requisitos que um ambiente de desenvolvimento deve fornecer s o Guimar es 2004 Rocha 2003 Desempenho a ferramenta deve fornecer recursos que possibilitem alto desempenho das aplicag es caso contr rio pode causar baixa interatividade e falta de imersao Al m disto o baixo desempenho do sistema pode causar uma baixa taxa de apresenta o dos quadros o que pode gerar problemas conhecidos como cybersickness dores de cabe a nausea e instabilidade postural aos usu rios Um desempenho suficiente do subsistema gr fico fundamental 112 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es e Extensibilidade como novos recursos surgem constantemente importante que a ferramenta possibilite a extens o das funcionalidades j dispon veis Viabilizando que por exemplo um novo tipo de rastreador ou joystick seja usado nas aplica es ou que novos recursos de uma placa gr fica mais moderna sejam incorporados sem modifica o do c digo do aplicativo e Flexibilidade a ferramenta deve permitir a altera o de par metros das aplica es em tempo de execu o
174. ealizada considerando algumas caracter sticas que sejam conhecidas e que possam reduzir o erro de suas proje es O modelo de proje o em perspectiva de uma c mera pin hole uma destas idealizac es veja Se o 2 3 mas como o pr prio nome diz n o considera o uso das lentes Veja bem que em 7 a matriz de proje o foi desmembrada em duas Kp a matriz de calibra o e IIo a matriz de proje o Ky considerava naquela se o apenas a dist ncia focal e portanto um objeto mais distante apareceria f vezes menor quando projetada sobre a superf cie fotossensorial Outras caracter sticas no entanto podem ser consideradas tais como o tamanho do pixel a distor o radial ou qualquer outro par metro que caracterize a c mera Claro que quanto mais par metros forem considerados mais complexo o modelo e mais dif cil ser tamb m calibrar a c mera Dependendo do par metro nem sempre uma matriz Ky 3x3 ser suficiente para comport los Para o prop sito deste trabalho o processo de calibra o de c meras resume se em encontrar os par metros da c mera e disp los na forma matricial Kr 3x3 para que se corrija a posi o pr ainda no sistema de coordenadas cuja refer ncia o centro de proje o da c mera Existem muitos processos de calibra o de c meras uns muito simples outros nem tanto Silva 2003 Tudo depende dos requisitos de qualidade para a resposta H aplica es que s o cr tic
175. eleto tamb m usado pela luva Dextrous HandMaster n o oferece sensa o t til apenas force feedback Uma outra luva a Rutgers Master Bouzit et al 2002 baseia se no uso de atuadores pneum ticos compostos por pist es que s o os respons veis pelas tens es fornecidas aos dedos do usu rio atrav s da compress o do ar Uma das caracter sticas deste dispositivo a presen a de uma nica estrutura para medir a flex o dos dedos e oferecer as tens es A Figura 8 5 apresenta a Rutgers Master e um exemplo de sua utiliza o em um ambiente de RV 157 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Figure 8 5 Luva com sistema unificado de captura de movimento e emissao de forca com exemplo de aplicacao Fonte Bouzit et al 2002 Mais recentemente tem sido utilizada uma tecnologia baseada em pranchas para oferecer sensa o t til e force feedback Estas pranchas s o dotadas de pinos ou jatos de ar que estimulam a superf cie da pele do usu rio S o utilizadas principalmente para a identifica o de texturas ou transi es entre objetos com a ponta dos dedos Ent o de acordo com a posi o do dedo do usu rio pinos que se elevam ou ar jateado passam a fazer press o no dedo Khoudja et al 2004 A Figura 8 6 apresenta um dispositivo deste tipo Figure 8 6 Prancha de pinos para reconhecimento de texturas e transi es entre objetos Fonte Khoudja et al 2004 158
176. elo Instituto Municipal de Ensino Superior de Assis em 1994 reas de Interesse Realidade Virtual Realidade Aumentada e Sistemas Distribu dos e de Alto Desempenho Filia o Grupo de Pesquisa em Computa o da Faculdade de Campo Limpo Paulista e Centro Universitario Adventista de Sao Paulo Contato marcelodepaiva gmail com Markus Endler Bacharel em Matematica e Mestre em Informatica pela PUC Rio 1995 e 1997 e obteve os t tulos de Dr rer nat pela Universidade T cnica de Berlim TU Berlin em 1992 e de Professor livre docente da Universidade de Sao Paulo em 2001 De 1994 a 2000 foi professor de tempo integral do Instituto de Matem tica e Estat stica da USP onde foi membro fundador do Laborat rio de Computa o Paralela e Distribu da L orientou 8 disserta es de mestrado e uma tese de doutorado Desde margo de 2001 professor de tempo integral do Departamento de Inform tica da PUC Rio onde atualmente orienta 10 alunos de p s gradua o e varios alunos de gradua o Em 2003 fundou o Laboratory for Advanced Collaboration LAC que desde ent o est sob sua coordena o Desde 2003 Coordenador de Desenvolvimento do DI na PUC Rio autor de um livro co editor de um volume da s rie Lecture Notes in Computer Science e publicou mais de 50 artigos membro da SBC e da ACM e participa de comit s t cnicos de v rios simp sios e workshops nacionais e internacionais na rea de Redes e Sistemas Distribu dos
177. em aplica es de RV Free Form Deformation FFD Gibson 1997 Mass Spring MS popularmente conhecido como Massa Mola Zil 2003 e Elementos Finitos Gladilin 2003 Free Form Deformation FFD uma t cnica geom trica que prov um alto n vel de ajuste e controle individual dos pontos do objeto O objeto envolvido por uma grade que sofre deforma o Figura 11 2 Mesmo sendo vers til Choi et al 2002 afirmam que neste m todo dif cil limitar as deforma es para pequenas regi es dificultando a obten o de realismo na cena quando empregado em um treinamento cir rgico O M todo dos Elementos Finitos originou se da necessidade de resolver elasticidade complexa e an lise de estruturas Sua caracter stica principal a discretiza o da malha de um dom nio cont nuo em um conjunto de subdom nios discretos A discretiza o do dom nio o primeiro passo em qualquer an lise de elementos finitos pois a maneira na qual o dom nio discretizado afetar as exig ncias de armazenamento no computador o tempo de processamento e a precis o dos resultados num ricos Hirota et al 1999 231 Aplica es M dicas usando Realidade Virtual e Realidade Aumentada A teoria da elasticidade afirma que a deforma o de um corpo proporcional tens o aplicada desde que o limite el stico do material n o seja excedido Zill 2003 A an lise de qualquer tipo de estrutura pode ser feita pela integra o das eq
178. em engenharia mec nica e mestre em engenharia el trica sistemas digitais pela Escola Polit cnica da USP EPUSP Atualmente dedica se ao doutorado na rea de Entretenimento Digital participando do Laborat rio de Tecnologias Interativas Interlab no Departamento de Computa o e Sistemas Digitais da EPUSP J atuou como professor de gradua o em disciplinas relacionadas a computa o especialmente Computa o Gr fica reas de Interesse Entretenimento Digital Realidade Virtual Computa o Gr fica Tecnologias Interativas Aplicadas Educa o Filia o INTERLAB Departamento de Engenharia de Computa o e 288 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Sistemas Digitais Escola Polit cnica da Universidade de Sao Paulo Contato ricardo nakamura Q poli usp br Roberto Cezar Bianchini Doutor em Engenharia da Computa o t tulo obtido junto Escola Polit cnica da Universidade de S o Paulo em 2005 Tamb m bacharel em F sica conclu da em 1996 e Mestre em F sica t tulo obtido em 2000 um dos fundadores do grupo de pesquisa de jogos do Laborat rio de Tecnologias Interativas da USP onde tem participado de projetos de pesquisas e aplica o de uso de jogos no ensino e da elabora o de artigos explorando tecnologias relacionadas a jogos eletr nicos Al m de ministrar palestras sobre jogos colunista regular da revista especializada em games Game Master desde outubro de 20
179. emplo as intera es com os marcadores f sicos podem ser realizadas com as duas m os e at mesmo com o corpo Brave et al 1998 Para que o uso das interfaces tang veis seja intuitivo e natural sem a necessidade de um treinamento espec fico para sua utiliza o necess ria a escolha de objetos f sicos e met foras comuns aos usu rios que ir o utiliz las assim os usu rios podem basear se nas suas habilidades e experi ncias desenvolvidas durante o curso de sua vida Billinghurst et al 2005 Existem muitas aplica es e pesquisas de interfaces tang veis aplicadas a JE Bernardes et al 2005 Paiva et al 2003 Tangible Media Group 2007 Alguns jogos eletr nicos comerciais fazem uso deste tipo de interface como o uso de pistolas pedais volantes manches e at baquetas de bateria Nem todas as aplica es de controles n o convencionais caracterizam se como interface tang vel pelo simples fato de que nem sempre o controle mapeado diretamente e unicamente com o elemento virtual correspondente Assim um controle na forma de cabo de raquete usado em um jogo de t nis virtual da mesma forma que um jogador desse esporte movimentaria uma raquete real uma interface tang vel J esse mesmo bast o usado para movimentar o curso na tela n o seria uma interface tang vel O console de videogame recentemente lan ado Wii Nintendo Wii 2007 com seu controle sem fio com sensores de movimentos pode atuar em a
180. ence on Virtual Reality Continuum and its Applications in Industry Hong Kong China Peixoto A Gattass M 2000 Reconstru o de Superf cies a partir de Se es Bidimensionais Disserta o de Mestrado Pontif cia Universidade Cat lica do Rio de Janeiro Rio de Janeiro Ponamgi M Manocha D Lin M C 1995 Incremental Algorithms for Collision Detection Between Solid Models ACM Siggraph Utah Ramalho Jr F Ferraro N G Soares P A T 1993 Os fundamentos da F sica Editora Moderna Ramos F Nunes F Botega L Damasceno E Pavarini L 2005 Atlas Virtual da Mama e Fisiopatologia do C ncer de Mama utilizando Java3D Workshop de Aplica es de Realidade Virtual Uberlandia Reitinger B Bornik A Beichel R Schmalstieg D 2006 Liver Surgery Planning Using Virtual Reality IEEE Computer Graphics and Applications Vol 26 n 6 pp 36 47 253 Aplicac es M dicas usando Realidade Virtual e Realidade Aumentada Riquelme F 2005 Estudo comparativo de solu es para detec o de colis o em tecnologias de Realidade Virtual para o desenvolvimento de ferramentas para treinamento m dico Dissertac o de Mestrado Centro Universitario Euripides de Mar lia Mar lia Santos E T 2000 Uma Proposta para uso de Sistemas Estereosc picos Modernos no Ensino de Geometria Descritiva e Desenho T cnico Graphica 2000 Ouro Preto pp 1 8 Sayeg N 2007 Avalia
181. enho do proprio PC Cameras mais simples geralmente possuem drivers reconhecidos pelos sistemas operacionais por concentradores de drivers tas como o WDM Windows Device Manager Cant 2005 ou V4L Video for Linux Dirks 2003 H tamb m a op o pelas camcorders que permitem a aquisi o de v deos com maior resolu o de pixels e de cores Jack 2005 Por m preciso reconhecer que um PC nem sempre conseguir processar v deos da melhor qualidade pois isto implicaria em acr scimos muitas vezes dr sticos da quantidade de mem ria necess ria para se armazenar dados tempor rios bem como de processamento desta grande quantidade de dados Se conectarmos duas webcams USB ou IEEE 1394 em um nico PC dificilmente ser poss vel adquirir quadros de cada c mera de maneira satisfat ria pois este mesmo PC teria que conseguir ainda realizar o processamento de cada uma das c meras Embora seja poss vel os resultados n o s o adequados Uma sa da seria utilizar placas de aquisi o de v deo para se conectar as c meras As interfaces entre as c meras e estas placas s o normalmente de v deo anal gico S Video V deo Composto RGB sinais de sincronismo ou ent o digital DV IEEE 1394 Jack 2005 Estas placas s o capazes de entregar os quadros de maneira r pida preciso saber se o PC ter capacidade de process las Uma outra sa da seria estabelecer que cada PC processa uma nica c mera Neste caso cada PC
182. enta o de objetos e scripts para controle da movimenta o suporte a LOD 6 3 6 Irrlicht Irrlicht um engine 3D escrito em C de alto desempenho e licenciado sob a licen a zlib Possui uma boa documenta o com diversos exemplos e implementa diversas caracter sticas desej veis em um engine moderno como sombras din micas sistemas de part culas anima o de personagens suporte a cenas Internas e externas e detec o de colis o Suporta tanto Direct3D quando OpenGL e roda em Windows Linux e MacOs X Outras caracter sticas Importantes desta biblioteca incluem uma larga e extens vel biblioteca de materiais incluindo vertex e pixel shaders binding para linguagens NET renderiza o por software para plataformas sem acelera o gr fica API nativa para GUI 2D bot es listas etc e fun es de desenho 2D suporte a 120 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es uma larga gama de formatos de modelos e imagens e outros A biblioteca possui boa documenta o e exemplos Pode ser baixado de http irrlicht sourceforge net 6 3 7 VRJuggler VR Juggler um framework que esconde a complexidade da infra estrutura e das especifica es dos n s dispositivos monitores e computadores As aplica es s o independentes dos dispositivos de entrada sa da Os desenvolvedores podem acessar diretamente as API gr ficas OpenGL ou OpenGL Performer e utilizar diversos dispositivos como luvas
183. ented Reality In VIRTUAL REALITY ANNUAL INTERNATIONAL SYMPOSIUM 1998 Anais IEEE 1998 p 268 275 Ohshima T Satoh K Yamamoto H Tamura H RV Border Guards A Multi player Entertainment in Mixed Reality Space In IEEE AND ACM INTERNATIONAL WORKSHOP ON AUGMENTED REALITY 2 1999 Anais ACM 1999 Paelke V Reimann C Stichling D Foot based mobile Interaction with Games In ACM SIGCHI ADVANCES IN COMPUTER ENTERTAINMENT 2004 Anais ACM 2004 p 321 324 219 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Paiva A Chaves R Vala M Bullock A Andersson G Hook K Towards Tangibility in Gameplay Building a Tangible Affective Interface for a Computer Game In Proceedings of International Conference on Multimodal Interfaces ICMT 03 60 67 2003 Paula L Bonini R Miranda F Camera Kombat Intera o Livre para Jogos In Anais SBGames 2006 Peters R J Itti L Computational mechanisms for gaze direction in interactive visual environments In ACM 27 29 Marco 2006 Rhyne T Computer Games and Scientific Visualization In Communications of the ACM 45 7 40 44 2002 Rosenbloom A A Game Expirience in Everyday Application In Communications of the ACM 46 7 28 31 2003 Second Life Second Life Your World Your Imagination sitio web Dispon vel em http secondlife com Acessado em Fevereiro 2007 Slater
184. er 2004 No entanto a realidade aumentada apresenta a vantagem de permitir o uso de a es tang veis Kawashima 2001 e de opera es multimodais envolvendo voz gestos tato etc facilitando o trabalho do usu rio sem a necessidade de treinamento Assim a converg ncia tecnol gica e o desenvolvimento de Interfaces est o apontando para a nova gera o de interfaces computacionais baseadas em realidade aumentada para uso nas mais variadas reas desde entretenimento como Jogos at experimentos cient ficos coletivos constitundo verdadeiros laborat rios de pesquisa 1 2 Conceitos e Defini es Em fun o da abund ncia de termos e de interesses das reas de realidade virtual e aumentada em fun o de sua multidisciplinaridade ser o abordados em seguida alguns conceitos e defini es envolvidos com o assunto 1 2 1 Multim dia Multim dia consiste na integra o controlada por computador de textos gr ficos imagens v deo anima es udio e outras m dias que possam representar armazenar transmitir e processar informa es de forma digital Marshal 2001 Aplica es multim dia s o potentes e simples de usar mas restringem a visualiza o do usu rio tela do computador 2D Esta defici ncia pode ser atenuada com o aproveitamento do espa o da tela do monitor atrav s de m ltiplas janelas sobrepostas ou espalhadas Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es 1 2 2
185. erativa e Multim dia Filia o LApIS Laborat rio de Aplica es de Inform tica em Sa de do Centro Universit rio Euripides de Mar lia UNIVEM e LRV Laborat rio de Realidade Virtual do UNIVEM Contato lpavarini 9 univem edu br 285 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Liliane dos Santos Machado professora do Departamento de Inform tica da Universidade Federal da Para ba Atua junto ao LabTEVE Laborat rio de Tecnologias para o Ensino Virtual e Estat stica onde coordena projetos na rea de realidade virtual Doutora em Engenharia El trica pela Universidade de S o Paulo USP mestre em Computa o Aplicada pelo Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais INPE e Bacharel em Ci ncias da Computa o pela Universidade Estadual Paulista UNESP rea de Interesse Realidade Virtual Sistemas H pticos Ensino Virtual Jogos Multiplataforma Afilia o LabTEVE DE CCEN http www de ufpb br labteve Grupo de Pesquisa de Tecnologias em Sistemas Interativos e Inteligentes para Ensino Virtual Universidade Federal da Para ba Contato liliane di ufpb br ou http www di ufpb br liliane Luciano Ferreira Silva professor contratado da Faculdade de Matem tica da Universidade Federal de Uberlandia UFU Graduado em Matem tica em 2003 obteve grau de mestre no setor de Engenharia da Computa o na rea de processamento da informa o Realidade Virtual pela Eng El trica UFU MG
186. ers Then we proceed to present input output devices such as head mounted devices graphical boards cameras mice trackers and gloves which allow the user to interact with the environment 12 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Last but not least we comment on the kinds of software available for Virtual and Augmented Reality modeling tools graphical en gines specific frameworks for Virtual Reality and for Augmented Reality and hardware administration systems Resumo Este cap tulo tem como objetivo apresentar os principais ambien tes de hardware e software que podem ser utilizados para Aplica es de Realidade Virtual e Aumentada Inicialmente apresenta se e discute se a utiliza o dos diversos sistemas hardware para pro cessamento tais como computadores pessoais aglomerados de computadores comuns e os supercomputadores Em seguida apre senta se os dispositivos de entrada sa da como capacetes de vi sualizacdo placas gr ficas c meras mouses rastreadores e lu vas que prov m a parte interativa do ambiente para o usu rio Finalmente comenta se sobre os g neros de software dispon veis atualmente para a Realidade Virtual e a Realidade Aumentada como ferramentas de modelagem engines gr ficos frameworks espec ficos para Realidade Virtual e Realidade Aumentada e sis temas de administra o do hardware 4 1 Introduc o Os cinco sentidos vis o audi o tato olfato e pa
187. es de prefer ncia com cones em uma Interface gr fica sem a necessidade de se pre 87 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es ocupar com o fato da execu o n o se dar em um aglomerado com putacional e Administra o dos computadores instala o e atualiza o de programas configura o disparo de processos remotos monitoramento do estado do hardware e servicos devendo ser tudo controlado por um sistema nico e de f cil utiliza o 4 4 Conclus o Ambientes de RV e RA t m continuamente melhorado em qualida de O crescimento da capacidade computacional a melhora dos dispositivos de visualiza o como monitores e projetores e o de senvolvimento de novos dispositivos de entrada trackers joys ticks sistemas com c meras ocorrem continuamente Do ponto de vista de software h um cont nuo refinamento dos algoritmos usa dos com melhora do desempenho da qualidade de reconhecimento de padr es em RA e da qualidade de imagem final gerada ha tam b m maior suporte a problemas espec ficos da rea como renderi za o estereosc pica ou deformada suporte transparente a disposi tivos de entrada e a computa o distribu da Com a maior disponibilidade menor custo e maior uso pe los pesquisadores a montagem de ambientes para RV e RA tem se tornado mais f cil j que o desenvolvimento de t cnicas produtos e sistemas por outros pesquisadores reaproveitado Equipamentos
188. es de VRjugeler Blender Dart Desenvolvimento INSE Pacotes Ogre Panda3D OpenSG Graficos ArToolkit ArTag OpenSceneGraph OpenGL DirectX Bibliotecas Bibliotecas de Gr ficas comunica o PVM MPI Sistema Operacional Windows Linux MacOS Figura 6 1 Hierarquia das ferramentas de desenvolvimento 6 2 Aspectos gerais Existem fatores desej veis nas ferramentas de desenvolvimento de aplica es de RV e RA como facilidade de uso confiabilidade 111 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es desempenho legibilidade robustez escalabilidade expansibilidade documenta o compatibilidade e reusabilidade do c digo que as utiliza Esses fatores devem servir como requisitos e preocupa es a serem avaliados durante o processo de escolha de qual ferramenta que ser utilizada em um determinado projeto Para atender a esses requisitos e preocupa es s o necess rias ferramentas de desenvolvimento que acompanhem a r pida evolu o a que est o sujeitas as reas envolvidas Estas ferramentas devem direcionar o desenvolvimento de aplica es de alta flexibilidade e qualidade a fim de que possam adequar se com mais facilidade ao dinamismo das tecnologias e dos ambientes onde s o utilizadas dif cil encontrar uma ferramenta que englobe todas as caracter sticas desej veis pois geralmente cada uma delas mais apropriada para um certo tipo de aplica o levando necessidade d
189. est es a serem tratadas s o compartilhamento e colis o de objetos virtuais e o fato de que o uso de capacetes ou culos do tipo v deo through em ambientes co localizados ou em v deo confer ncias impede que os usu rios vejam os olhos uns dos outros 9 4 1 Comunica o em RA opera o em tempo real caracter stica da RA presente em sua pr pria defini o reflete se no uso freqiiente de comunica o s ncrona nestes ambientes Nos casos em que os usu rios est o co localizados a comunica o realizada diretamente sem necessidade do ambiente para intermedi la No caso de se ter interlocutores fisicamente distantes audio confer ncia NetAttack 2007 e v deo confer ncia Etala 2007 t m sido a solu o adotada Observa se por m que no udio e na videoconfer ncia a troca de mensagens n o faz uso de objetos virtuais isto nestes casos a Comunica o n o baseada na tecnologia de RA 181 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Um exemplo cl ssico sistema de comunica o de RA propriamente dito apresentado no filme Guerra nas Estrelas de George Lucas Neste filme os personagens conversam com interlocutores remotos apresentados como uma imagem virtual de corpo inteiro e em tamanho real Um sistema de videoconfer ncia RA que segue esta abordagem apresentado em Billinghurst et al 2002 Neste sistema o rosto do interlocutor remoto apresentado como um objeto virtu
190. extura os comportamentos que um objeto possa demonstrar e as Intera es necess rias para o ambiente virtual tais como 100 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es movimenta o sele o manipula o escalonamento modifica o de objetos e de propriedades do mundo etc Em resumo nesta etapa s o definidas todas as tecnologias a serem empregadas no desenvolvimento do ambiente virtual 5 2 3 Implementa o Esta etapa tem por objetivo construr o ambiente virtual compreendendo as atividades descritas a seguir Martins 2000 Stuart 1996 e Obten o e prepara o de imagens As imagens necess rias podem ser obtidas atrav s de um scanner c mera de v deo ou software de desenho Com a ajuda de um editor apropriado as imagens devem ser preparadas e convertidas para um formato de arquivo compat vel com o software de realidade virtual e Constru o dos objetos 3D Os objetos geom tricos s o criados usando se softwares de modelagem 3D e ferramentas de cria o de mundos virtuais e Execu o do ambiente virtual Consiste em se criar propriamente o ambiente virtual Ou seja nesta fase que os objetos 3D s o incorporados ao ambiente assim como os pontos de vista a luz que iluminar o ambiente os sensores a anima o etc 5 2 4 Avalia o As principais atividades compreendidas na avalia o s o descritas a seguir Martins 2000 Stuart 1996 4 Avalia o do
191. faces convencionais nele e no Net Attack 209 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Parte da equipe respons vel pelo desenvolvimento do ARQuake em conjunto com a iniciativa privada esta desenvolvendo um hardware e um game engine em Realidade Aumentada A RAGE 2007 A express o esta entre aspas pois embora o A RAGE combine elementos reais e virtuais atrav s de um HMD semi transparente e tenha intera o em tempo real atrav s de um gamepad n o h registro 3D entre os objetos reais e virtuais n o satisfazendo a defini o de RA de Azuma 1996 Jogos de RA em reas limitadas al m de normalmente terem uma implementa o mais simples e de menor custo permitem uma maior variedade de met foras Talvez devido a esses fatores s o bem mais numerosos que os para grandes reas e ser o apresentados de forma resumida na Tabela 10 1 muito comum que jogos sejam apresentados como sendo de RA inclusive em trabalhos cient ficos mesmo quando n o combinam elementos reais e virtuais ou quando n o fazem o registro 3D desses elementos meramente por usarem HMDs ou marcadores fiduciais Tais projetos n o foram considerados aqui Nome Visualiza o 2 ae ee Registro Interacao refer ncia composicao Metafora de Jogos de Tabuleiro KnightMage CandyLand Monitores Visao computacional Presentation limitada RFID Manager v deo X sensores magn ticos Tang vel pecas com R
192. fica o foi definida em Bowman 2004 e tem sido amplamente aplicada pela comunidade de interface homem m quina 3 2 1 Manipula o 3D A efetividade das t cnicas de manipula o 3D depende das tarefas de manipula o para as quais elas s o aplicadas A mesma t cnica pode ser intuitiva e f cil de usar em algumas condi es por m inadequada em outras necess rio que a intera o seja realista o que significa que o usu rio por exemplo agarra e move o objeto virtual como manipularia esses objetos no mundo real A tarefa de manipula o trata de sele o ou seja especificar um ou mais objetos a partir de um conjunto de objetos para algum prop sito Al m disto o usu rio especifica propriedades de um objeto como posi o orienta o escala forma textura e cor Os objetivos da sele o s o consultar um objeto navegar at este objeto tornar o objeto ativo e definir a manipula o a ser realizada Por outro lado os objetivos da 56 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es manipula o sao posicionar objetos design de objetos agrupamento de objetos layout do ambiente virtual navegar pelo ambiente e realizar uma determinada a o Muitas das t cnicas de manipula o podem ser usadas em combina o com t cnicas de intera o para outras tarefas n o diretamente relacionadas com manipula o Algo a observar que t cnicas de manipula o preservam a forma dos objeto
193. fornecer uma resposta dentro de um tempo m ximo a fim de que usu rio tenha a sensa o de que a rea o do sistema imediata a o que executou no AV Este fator n o obtido trivialmente visto que modelagem e manipula o de objetos 3D a intera o por meio de dispositivos convencionais e nao convencionais e o uso de bibliotecas gr ficas contribuem para a inserc o de atrasos ao sistema O fator precisao outro requisito que merece destaque Ao contr rio de outros campos de aplica es como industria e entretenimento a rea m dica muitas vezes trabalha com partes do corpo humano de tamanho diminuto Em uma aplica o de telecirurgia por exemplo erros na ordem de mil metros sao inadmiss veis A necessidade de realismo exige que muitos sistemas principalmente aqueles que simulam procedimentos forne am precis o em rela o modelagem e manipula o de objetos E este requisito pode vir de encontro necessidade de tempo real citada nesta se o Desta forma tempo e precis o s o dois fatores quase que conflitantes Planejamentos adequados de aplica es devem prever uma rela o coerente entre eles a fim de que a utiliza o dos sistemas desenvolvidos torne se vi vel 11 8 Exemplos de Aplica es In meros projetos de RV e RA est o sendo desenvolvidos com tecnologias e finalidades diversas como pode ser verificado nos trabalhos destacados a seguir 11 8 1 Educa o e treinamento m dico
194. gem seja vis vel para o olho direito e outra para o esquerdo Existem diversos modelos de monitores de plasma e LCD dispon veis e com boa qualidade por m o seu tamanho ainda n o suficiente para ambientes imersivos aplica es de RV podendo ser compostos em video walls para grandes ambientes Sua limita c o principal n o suportar est reo passivo e raramente terem uma taxa de refresh alta o suficiente para est reo ativo Por outro lado sao mais simples de se instalar do que projetores e podem ser utili zados para a maioria das aplica es de RA 83 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Projetores de boa qualidade sao hoje f ceis de se encontrar Os mais comuns usam tecnologia digital DLP ou Digital Light Processing compostos de micro espelhos que modulam a luz Os mais caros usam tecnologia CRT Cathode Ray Tubes a mesma de televisores e monitores convencionais sendo sua vantagem ter uma varredura mais r pida e suportar resoluc es maiores apesar de serem maiores e mais caros que projetores DLP A qualidade da projec o tamb m depende das telas elas devem ser de um material de cor uniforme de prefer ncia branca ou bastante clara prateada ou metalizada As mais simples sao as de acionamento manual que permitem a fixa o do estojo met lico na parede ou no teto e tamb m permitem o ajuste da altura deseja da com m ltiplos pontos de parada As telas especiais com super f cie
195. gies and the state of art of applications for three dimensional visualization that use the technology of Virtual and Augmented Reality Resumo Utilizando t cnicas de Visualiza o de Informa o por meio de recursos computacionais poss vel converter dados num ricos e apresent los visualmente ao usu rio por meio de imagens ou outros est mulos sensoriais de forma que possam ser melhor compreendidos Estudos recentes t m mostrado que a visualiza o tridimensional de informa o traz vantagens para as pessoas podendo ser eficientemente realizada utilizando ambientes de Realidade Virtual e Aumentada Existem v rias aplica es desenvolvidas que fazem uso de algum desses m todos Este cap tulo apresenta defini es t cnicas metodologias e o estado da arte de aplica es para visualiza o tridimensional que utilizam a tecnologia de Realidade Virtual e Aumentada 12 1 Introdu o De acordo com a etimologia da palavra informa o sua origem prov m do latim informationem delinear conceber id ia Houaiss and Villar 2001 O seu conceito carrega uma diversidade de significados que s o aplic veis a eventos que variam do n vel cotidiano ao t cnico Por exemplo informa o pode ser definida como o estado de um sistema de interesse a qual a mensagem a informa o materializada Floridi 2005 define informa o como qualquer tipo de padr o que influencia a forma o ou transforma o de outros padr
196. grupo opere com objetos f sicos sobre os quais s o projetados objetos virtuais al m de prover meios para que objetos reais sejam camuflados Inami et al 2000 No caso de usu rios remotos n o ha alternativa as imagens do mundo real t m que ser transmitidas e junto com as imagens dos objetos virtuais devem ser visualizadas atrav s de uma tela de v deo Feiner 2006 Etala 2007 9 5 Conclus es e Tend ncias Considerando o Modelo 3C de Colabora o a Comunica o apresenta se como elemento importante nos ambientes de RV visto que eles s o desenvolvidos em sua maioria para usu rios 184 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es remotamente localizados o que nao acontece na maioria dos sistemas colaborativos de RA Ja os servi os de Coordena o quando existentes s o usualmente oferecidos em conjunto com outros tipos de servi os O grande potencial dos sistemas colaborativos de RV e RA principalmente se comparado aos sistemas em desktop est no suporte Coopera o tendo em vista que eles t m como base a intera o e manipula o de objetos em espa os compartilhados Os ambientes colaborativos de RV e RA s o por si s uma tend ncia nos sistemas de software e da mesma forma os sistemas colaborativos fazem parte cada vez mais do dia a dia das pessoas A difus o e principalmente a fus o destas tecnologias abrir novas oportunidades para que participantes de um grupo traba
197. ha tanto com OpenGL como DirectX Ele prov uma vasta gama de plugins ferramentas e add ons que favorecem a cria o de varios tipos de aplica es gr ficas empregando diversos conceitos inerentes ao desenvolvimento destas Este software licenciado sob os termos da GNU Lesser Public License LGPL e pode ser encontrado em http www ogre3d org Farias et al 2006 Netto et al 2006 Foi desenvolvido em C e designado a tomar a implementa o de aplica es mais f cil e intuitiva para os desenvolvedores utilizando gr ficos 3D acelerados por hardware Ele possibilita a utiliza o de diversas configura es de hardware 3D GPUs dispon veis no mercado desde as mais obsoletas s mais sofisticadas O OGRE fornece uma interface que permite que o desenvolvedor verifique se o hardware dispon vel tem capacidade m nima para executar a aplicacao Isto possibilita o ajuste de uma 116 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es t cnica alternativa a ser utilizada para que se tenha um melhor proveito dos recursos dispon veis Este ajuste de t cnica tamb m pode ser aplicado aos materiais e efeitos incluindo vers es de shaders e texturas multicamadas Esta biblioteca possui uma boa documenta o e est bastante difundida pela comunidade A interface nativa em C mas existem wrappers para Java Net e Python o que facilita a sua utiliza o em diversos ambientes OGRE n o um game engin
198. he Rutgers Master II ND Force Feedback Glove Proc 10th Symp On Haptic Interfaces For Virtual Envir amp Teleoperator Systs IEEE Burdea G Coiffet P Virtual Reality Technology 2 edic o Wiley Interscience 2003 Conti F et al 2003 The CHAI libraries Eurohaptics 2003 Online http www eurohaptics vision ee ethz ch 2003 75 pdf EnTCo s Monster Roll Cage Homepage Online http mrc idryonis com overview php Acesso em mar o de 2007 Grange S et al 2001 Overview of the Delta Haptic Device Eurohaptics 2001 Immersion Corp 2007 Online http www immersion com Acesso em mar o de 2007 Khoudja M et al 2004 Tactile interfaces a state of the art survey In Proc 35 Int Symp on Robotics Fran a Massie T Salisbury K 1994 PHANToM Haptic Interface A Device for Probing Virtual Objects In ASME Winter Annual Meeting Vol 55 1 pp 295 300 Netto A Machado L Oliveira M Realidade Virtual Conceitos e Aplica es Visual Books 2002 ReachIn Technologies 2007 Reachh API Online http www reachin se products ReachinAPI Acesso em marco de 2007 166 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Sato M 2002 SPIDAR and virtual reality In Proceedings of the Fifth Biannual World Automation Congress v 13 pp 17 23 Seow K 1988 Physiology of Touch Grip and Gait In J Webster Ed Tactile Sensing for Robotics and
199. i o de mais nos e poss vel reconfigura o do softwa re e Maior flexibilidade como clusters podem ser compostos de acordo com as necessidades do sistema modificados e atualiza dos com o tempo permitindo substituic o de apenas algumas de suas partes s o mais flex veis Em compensa o clusters s o mais dif ceis de serem pro gramados ja que n o t m uma memoria compartilhada global e precisam que os processos executem de forma paralela transmitin do informa es pela rede O que diferencia um c uster de um grupo de computadores ligados em rede um sistema de gerenciamento e controle capaz de prover o que conhecido como Single System Image SSI Em outras palavras o usuario deve enxergar o cluster nao como uma s rie de computadores mas como um nico sistema 78 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Um outro sistema atraente nos dias de hoje sao as m quinas multi sa das Com o crescimento da capacidade de processamento dos computadores hoje poss vel controlar ambientes de multipro Jec o com uma nica m quina Boa parte das placas de v deo atuais t m duas sa das de v deo algumas possuem at quatro e pode se usar v rias placas de v deo no mesmo PC Um PC pode facilmente controlar oito ou mesmo dezesseis sa das de v deo H obviamen te uma queda de desempenho devido ao compartilhamento de CPUs e barramentos mas para sistemas que nao precisam de gran de pr
200. icac es 7 5 Consideracoes Finais O objetivo final de um AVD reunir usuarios geograficamente dispersos e permitir que eles tenham capacidade de utiliza o do sistema Nesse aspecto os fatores aqui apresentados e discutidos influem diretamente de forma que o desenvolvedor deve estar atento a eles Sugere se uma an lise com o intuito de equilibr los construindo um sistema com um bom grau de realismo e que tenha desempenho aceit vel Como cada vez mais a heterogeneidade dos sistemas se torna um fator destac vel sugere se que o modelo de suporte para comunica o abranja a maior quantidade poss vel de arquiteturas Destaca se ainda que procurou se apresentar os aspectos mais gerais n o se relacionando a um modelo espec fico que pode ter suas peculiaridades e aspectos espec ficos A Bibliografia recomendada aos que desejarem se aprofundar nos assuntos aqui tratados 7 6 Refer ncias Bibliogr ficas Albuquerque F 2001 TCP IP Internet Programa o de Sistemas Dstribu dos HTML Javascript e Java Rio de Janeiro Axcel Books do Brasil Editora Benford J B Fahl n L E Mariani J Rodden T 1994 Supporting Cooperative Work in Virtual Environments The Computer Journal V 37 N 8 pp 653 667 Brutzman D Zyda M Watsen K Macedonia M 1997 Virtual reality transfer protocol VRTP design rationale In Proc f the IEEE Sixth Workshop on Enabling Technologies Infrastructure for Collab
201. icas especiais de intera o que lidam com o espa o 3D sao demandadas A interac o pode ocorrer tanto no sentido usu rio aplicac o quanto no sentido aplica o usu rio Como exemplos desta ltima cen rios virtuais utilizados em VR podem dar retorno ao usu rio atrav s de dispositivos chamados hapticos Neste caso o usuario sente a reac o do mundo virtual e pode reagir de forma diferente dependendo dos est mulos providos pela VR Ainda considerando os ambientes de VR deve ser avaliado se a intera o ser nao imersiva ou imersiva Para os ambientes imersivos as t cnicas de Intera o introduzem novos paradigmas para o usu rio estimulando outros sentidos que normalmente n o poderiam ser explorados em ambientes nao imersivos como por exemplo a vis o estereosc pica Bowman et al 2004 Nos ambientes de Realidade Aumentada AR a mudanca ainda mais dr stica principalmente do ponto de vista do usu rio onde os computadores tradicionais com os seus dispositivos e interfaces j4 bem definidas praticamente nao sao mais utilizados Com a introduc o de alguns dispositivos especializados tais como trackers e luvas de dados resolvem se problemas espec ficos para algumas aplica es mas estes dispositivos n o podem ser reutilizados ou adaptados em outras reas de aplica o Broll et al 2005 O design de t cnicas de intera o visa tr s objetivos principais desempenho usabilidade e utilidade Desempenho
202. inar a necessidade de conhecimento de tecnologia de acesso a banco de dados d Facilitar a an lise de grande quantidade de dados e Facilitar a colabora o entre usu rios Nas visualiza es geradas foram utilizadas cores e formas geom tricas diferentes para representar os dados e suas grandezas As cores fornecem os diversos atributos e a forma est relacionada ao valor num rico do dado Para saber o valor real de qualquer atributo basta passar o mouse sobre o dado desejado A Figura 12 1 apresenta a interface desta aplica o HIHI pmi udi o oo o azm Loss z Figura 12 1 Interface do software Sousa Junior 2006 264 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es InfoVis Desenvolvido pela Universidade Federal de Sao Carlos o InfoVis Information Visualizer Martins 2000 uma ferramenta constru da para visualizar informa es em um ambiente virtual do Museu de Cerqueira C sar situado na cidade de Sao Carlos Brasil O objetivo do sistema gerar representa es gr ficas sobre o Museu de informa es como a freq ncia de visitas di rias semanais e mensais do Museu tipos e caracter sticas dos objetos armazenados informa es sobre os retratos e pinturas etc O usu rio poder navegar no sistema e visualizar as informa es do seu interesse por meio dos gr ficos em formato pizza ou barra apresentados na tela As cores dos gr ficos s o
203. interface resultou no Windows que explorando t cnicas de multim dia persiste at hoje Apesar de interessante e de ter bom potencial de uso a interface Windows fica restrita limita o da tela do monitor e ao uso de representa es como menus e cones A realidade virtual surge ent o como uma nova gera o de interface na medida em que usando representa es tridimensionais mais pr ximas da realidade do usuario permite romper a barreira da tela al m de possibilitar intera es mais naturais A realidade virtual teve suas origens na d cada de 60 com o desenvolvimento do ScketchPad por Ivan Sutherland Sutherland 1963 mas s ganhou for a na d cada de 90 quando o avan o tecnol gico propiciou condi es para a execu o da computa o Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es gr fica interativa em tempo real Apesar das vantagens da realidade virtual ela necessitava de equipamentos especiais como capacete luva culos estereosc picos mouses 3D etc para fazer com que o usu rio fosse transportado para o espa o da aplica o onde realiza suas Intera es Al m disso o transporte do usu rio para o ambiente virtual desconhecido causava um desconforto inicial e dificuldades de intera o exigindo muitas vezes treinamento Esses problemas inibiram a populariza o da realidade virtual como uma nova interface do usu rio Por outro lado a evolu o tecnol gica tamb m
204. io 24 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es n mero de pixels na largura e w H altura H altura numera de pixels na altura dh WW largura WW largura a b Figura 2 1 Parametros intrinsecos de uma camera Em a aparecem a distancia focal e as medidas espaciais da superficie fotossensorial Em b s o indicados tamb m o numero de pixels em cada dimensao da altura e largura da superf cie fotossensorial Obviamente est faltando o objeto de interesse nisso tudo pois justamente esta a posi o que se quer encontrar Iniciando se a partir de um objeto pontual sua posic o na cena 3D representada por uma tripla Po xo yo zo Por outro lado tudo que se tem a proje o da imagem deste objeto na c mera representada por pri xr yi O problema inverso a ser resolvido encontrar Po conhecendo se pr Claro que isso n o seria poss vel se n o houvesse mais informa es sobre a geometria do objeto Da rela o entre estes dois pontos Po e pr s poss vel obter a equa o da reta o que passa pelos pontos Pc ponto central e o ponto pr QE Zo p Ponce Ye ze Figura 2 2 Geometria da projec o de um objeto pontual sobre uma nica superf cie plana 25 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es No entanto se duas c meras C e C5 forem posicionadas de forma a capturar a proje o do objeto
205. isensoriais e infraestrutura de rede Para fazer o hardware funcionar adequadamente sao usados ambientes de software denominados n cleos ou sistemas operacionais que constituem m quinas virtuais poderosas encarregadas de suportar as necessidades de aplica es espec ficas de realidade virtual e aumentada O cap tulo 4 deste livro aborda as quest es de hardware e software b sicos mostrando suas caracter sticas exemplos e potencial de utiliza o 1 3 2 Desenvolvimento e Avalia o de Sistemas O processo de desenvolvimento de aplica es de realidade virtual e aumentada requer a utiliza o de t cnicas de engenharia de software adaptadas ao contexto dessas reas Al m das t cnicas de desenvolvimento importante usar t cnicas de avalia o das aplica es no sentido de afer las sob pontos de vista espec ficos O cap tulo 5 deste livro trata desse assunto para a rea de realidade virtual servindo como ponto de partida para o processo de desenvolvimento e avalia o de aplica es de realidade aumentada 1 3 3 Ferramentas O desenvolvimento de aplica es de realidade virtual e aumentada pode ser facilitado quando s o usadas ferramentas apropriadas para cada caso como linguagens bibliotecas ambientes visuais de 15 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es desenvolvimento etc constituindo ferramentas de autoria das aplica es A escolha certa das ferramentas de
206. ist ncia focal f e a taxa de aspectos do pixel O ARViewer veja Figura 2 9 pode executar em um terceiro computador ou ainda como uma tarefa de um dos dois computadores executando o ARTracker Conv m salientar que se a conexao de duas cameras em um mesmo computador for poss vel os tr s processos ou seja os dois ARTrackers para as c meras esquerda e direita mais o ARViewer podem operar em um nico computador tomando se o cuidado de adotar identificadores diferentes para a porta de cada ARTracker O ARViewer um cliente de dois computadores ligados cada um a uma c mera que requer na sua chamada os endere os IP de cada um dos computadores executando os ARTrackers acompanhados de suas respectivas portas Novamente duas threads executam estas requisi es continuamente Nestas threads podem ser requisitados continuamente os pardmetros de camera e as coordenadas do ponto rastreado na imagem ou ent o apenas as coordenadas do ponto rastreado se os par metros da camera ja foram anteriormente requisitados Uma vez com os dados requisitados as duas cameras sao desenhadas em uma cena OpenGL que ja cont m um plano de refer ncia do marcador representada por uma superficie plana quadriculada e um eixo ortogonal sobre a origem As c meras s o visualizadas em conjunto com linhas que indicam o seu eixo ptico o frustrum e uma linha passando pelo centro de proje o da c mera e pela coordenada da proje o do objeto pontual na
207. it rio Eur pides de Mar lia membro da Comiss o Especial de Realidade Virtual CERV da Sociedade Brasileira de Computa o reas de Interesse Realidade Virtual Realidade Misturada Ambientes Virtuais Distribu dos e Compartilhados Filia o LRV Laborat rio de Realidade Virtual Centro Universit rio Eur pides de Mar lia UNIVEM Contato semente univem edu br Bruno Barberi Gnecco graduado em Engenharia El trica na Escola Polit cnica da Universidade de S o Paulo em 2002 onde adquiriu tamb m o t tulo de Mestre em Engenharia El trica em 2005 Participou do N cleo de Realidade Virtual do Laborat rio de Sistemas Integr veis da Universidade de S o Paulo LSI USP trabalhando em nas reas de realidade virtual e computa o distribu da Atualmente trabalha em consultoria e desenvolvimento de tecnologias Areas de interesse realidade virtual realidade aumentada jogos jogos on line sistemas distribu dos e de alto desempenho Filia o Faculdade de Campo Limpo Paulista Contato brunobg gmail com 280 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Daniel Calife mestrando de engenharia el trica sistemas digitais pela Escola Polit cnica da Universidade de S o Paulo e pesquisador do Laborat rio de Tecnologias Interativas Interlab com interesse na aplica o de realidade aumentada em jogos e entretenimento digital Bacharel em Ci ncia da Computa o pela Universidad
208. itos relacionados tecnologia de jogos eletr nicos com destaque para game engines e interfaces tang veis Foi analisada a intera o entre as areas de RV e RA com a de jogos eletr nicos tendo se apresentado o estado da arte dos jogos baseados em tecnologia de RA Finalmente foram discutidas algumas das principais tend ncias da industria e pesquisa de jogos eletr nicos e suas rela es com RV e RA Para o leitor interessado em se aprofundar no assunto apresentada a seguir uma vasta bibliografia utilizada como refer ncia para a elabora o deste texto 10 7 Refer ncias Bibliogr ficas A RAGE A RAGE Augmented Reality Gaming Engine s tio web Dispon vel em lt http www a rage com gt Acesso em mar o de 2007 Azuma R A Survey of Augmented Reality In Presence Teleoperators and Virtual Environments n 6 p 355 385 1997 Azuma R Baillot Y Behringer R Feiner S Julier S Macintyre B Recent Advances in Augmented Reality In IEEE Computer Graphics and Applications v 21 n 6 p 34 47 2001 Barakonyi IL Markus W Thomas P Schmalsteg D MonkeyBridge Autonomous Agents in Augmented Reality Games In ACM SIGCHI INTERNATIONAL CONFERENCE ON ADVANCES IN COMPUTER ENTERTAINMENT TECHNOLOGY 2005 Anais ACM 2005 215 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Bernardes Jr J L Dias J S Tori R 2005 Exploring Mixed Reality User Interfaces
209. ki3D Apesar da grande expansibilidade o OpenSceneGraph preso com a API OpenGL de forma que n o pode ser usada em algumas plataformas notadamente Xbox 360 Em todas as plataformas onde o OpenGL suportado como Windows Linux MacOS X Playstation 3 Irix e outras o OpenSceneGraph pode ser utilizado diretamente inclusive com suporte a renderiza o em processos leves de forma a n o bloquear o processamento principal do aplicativo devido comunica o com o hardware 3D Finalmente vale notar que a biblioteca acompanha uma grande quantidade de exemplos para demonstrar todas as suas funcionalidades e um projeto de ampla documenta o est em progresso Dispon vel em http www openscenegraph org 6 3 4 OpenSG Desenvolvida por diversos grupos de pesquisa sendo a maioria da Alemanha a OpenSG uma biblioteca que utiliza grafo de cena para a gera o de imagens em tempo real O seu principal objetivo fornecer um ambiente de manipula o de estrutura de dados em m ltiplos processos leves seguros multithreaded safe que n o comprometa o desempenho Para isso o controle dos processos leves realizado de maneira explicita ou seja os desenvolvedores devem se preocupar com os travamentos lock e destravamentos unlock dos processos leves o que dificulta o uso desta biblioteca A OpenSG fornece recursos para que um grafo de cena seja manipulado por processos leves independentes Guimaraes 2004 Esses proces
210. l Conference on Wearable Computers White Plains NY USA Wloka M M 1995 Lag in Multiprocessor Virtual Reality Presence Vol 4 Nro 1 pp 50 63 Xsmf 2003 Extensible Modeling and Simulation Framework Disp em lt http www movesinstitute org xmsf xmsf html gt Zyda M Singhal S 1999 Networked Virtual Environments Design an Implementation Addison Wesley Pub 150 se o C APLICACOES Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Capitulo o Dispositivos H pticos para Interfaces de Realidade Virtual e Aumentada Liliane dos Santos Machado Departamento de Inform tica Universidade Federal da Para ba UFPB Cidade Universit ria s n 58052 900 J odo Pessoa PB Brasil liliane di ufpb br Abstract This chapter presents the main technologies related to the use of interaction devices for touch and force feedback in virtual and augmented reality systems Thus devices and control packages that compose haptic systems are presented as well as their use in some applications Resumo Este cap tulo visa apresentar os conceitos relacionados a utiliza o de intera o com sensa o de toque e for a em sistemas de realidade virtual e realidade aumentada Assim ser o abordados aspectos relacionados aos equipamentos e aos pacotes de controle que formam os sistemas h pticos al m de serem apresentadas algumas aplica es que os utilizam 152 Realidade Virtua
211. l da Universidade de Cuiab MT LAVI Laborat rio de Ambientes Virtuais Interativos da Universidade Federal do Mato Grosso UFMT Contato robson siscoutto O poli usp br e robson unic br Autores dos Cap tulos 7 Alberto Raposo coordenador de rea do Tecgraf Grupo de Tecnologia em Computa o Gr fica Departamento de Inform tica da Pontif cia Universidade Cat lica do Rio de Janeiro Obteve o grau de Doutor em Engenharia El trica rea de Engenharia da Computa o pela Universidade Estadual de Campinas em 2000 Outros graus acad micos s o Mestre em Engenharia El trica rea de Automa o UNICAMP 1996 Engenheiro Eletricista UNICAMP 1994 rea de Interesse Realidade Virtual Groupware e Ambientes Virtuais Colaborativos Filia o Tecgraf Grupo de Tecnologia em Computa o Gr fica Departamento de Inform tica da Pontif cia Universidade Cat lica do Rio de Janeiro Contato abraposo G tecgraf puc rio br Alexandre Cardoso engenheiro eletricista pela Universidade Federal de Uberl ndia UFU e doutor pela USP POLI na rea de 278 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Sistemas de Informa o Docente da Faculdade de Engenharia El trica da UFU foi coordenador de curso e coordenador do N cleo de Engenharia de Computa o Atualmente coordenador da Comiss o Brasileira de Realidade Virtual CERV da SBC Atuou como coordenador dos laborat rios de Inform tic
212. l e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es 8 1 O que h ptico A explora o do mundo real muitas vezes depende do sentido do tato Esta necessidade evidencia se em situa es onde a vis o e ou a audi o nao s o suficientes para permitir o reconhecimento de objetos como quando os objetos ficam ocultos visualmente atr s de outros ou o ambiente est escuro Em mundos virtuais esta mesma situac o pode ocorrer Neste caso necess rio o uso de sistemas h pticos acoplados aos sistemas de RV ou RA para que a identifica o dos objetos seja poss vel O termo h ptico deriva se da palavra grega hapthai toque e relaciona se informa o sensorial recebida atrav s do toque ou contato f sico Sabe se que o toque o nico sentido humano bidirecional ou seja recebe e envia Informa es ao realizar um toque uma for a aplicada sobre algo e sua resultante percebida por quem a aplicou Figura 8 1 Assim devido s caracter sticas do sistema sensorial t til realizar ou perceber um toque depende necessariamente do contato direto com o objeto tocado Sherman e Craig 2003 Computador Computador Vis o e Vis o e Audi o Audi o Usu rio Usu rio id A Toque Figura 8 1 Compara o entre o sentido do toque em rela o a outros sentidos na comunica o humano computador A percep o do toque est relacionada a duas componentes tato e cinestesia O tato permite identificar
213. l e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Capitulo 9 Desenvolvimento de Ambientes Virtuais Tereza Goncalves Kirner e Val ria Farinazzo Martins Salvador Universidade Metodista de Piracicaba S o Paulo SP Brasil tgkirner unimep br Universidade S o Camilo S o Paulo SP Brazil valeria scamilo edu br Abstract This chapter presents a process of development for virtual environments based on software engineering concepts as well as on specific characteristics of virtual reality applications The process follows an iterative approach of software development which includes a series of steps and phases Resumo Este cap tulo apresenta um processo de desenvolvimento de ambientes virtuais proposto com base nos conceitos de engenharia de software e nas peculiaridades das aplica es de realidade virtual O processo segue uma abordagem iterativa de desenvolvimento de software composta por diferentes etapas e fases 90 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es 5 1 Introducao Realidade Virtual RV compreende tecnologias avan adas de interface que permitem ao usu rio realizar imers o navega o e intera o em um ambiente sint tico tridimensional gerado por computador utilizando canais multi sensoriais Kalawsky 1993 Kirner and Pinho 1996 Uma vantagem importante da realidade virtual sobre outras formas de intera o humano computador que o ambiente po
214. l e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es pee ja 15 a a Uma vez corrigida a distor o deslocadas as coordenadas do centro a coordenada z deve ser determinada como f pois no sistema de coordenadas da c mera a essa dist ncia que o plano da imagem se encontra do ponto Pc Portanto agora as coordenadas do ponto projetado na imagem s o x y f A matriz de proje o Mr na verdade o operador que transforma o sistema de coordenadas da c mera no sistema de coordenadas do marcador No entanto o que queremos justamente o inverso ou seja obter o ponto P de acordo com o sistema de coordenadas do marcador Portanto invertendo se Mr e aplicando este resultado coordenada homog nea de Pj ainda em coordenadas da c mera obtemos suas coordenadas tendo como refer ncia o marcador conforme 16 x X ho h fo db y lpr I P M B gt y 5 n n h d f 16 I ho h Y f 1 A inversao de uma matriz 3x4 nao unica e tamb m n o um processo trivial O ARToolkit disponibiliza uma fun o ar Util Mati nv cuja entrada uma matriz 3x4 e sua sa da outra matriz 3x4 ambas como par metros por refer ncia Com Pc e Pi calculados para cada c mera encontra se o cruzamento entre as duas retas de cada c mera como explicado na Se o 2 3 1 2 5 Consideracoes Finais Neste trabalho foram apresentados didaticamente os passos necess rios para o rastreamento de pontos em um espaco real por
215. la es de RV pode aumentar a percep o do ambiente virtual bem como a imers o A presen a de sons nos ambientes virtuais faz com que o realismo do ambientes seja maior principalmente com som 3D que conta com caracter sticas como posicionamento re flex o absor o e geradores sonoros m veis c lculo do efeito Doppler Os sons podem ser gerados em alto falantes ou fones de ouvido fazendo parte ou n o de capacetes Apesar de poder existir em um ambiente virtual diversas fontes sonoras os seres humanos concentram se em apenas uma fonte de cada vez dentro de um conjunto limitado de est mulos gerados de maior import ncia para as quais a aten o do usu rio desviada Por isso para criar ambientes virtuais pr ximos dos reais necess rio o posicionamento das fontes de som com as devidas caracter sticas no espa o 3D 4 3 Software Existe uma grande gama de software dispon vel para a confec o processamento e s ntese de ambientes virtuais Esta se o apresenta uma vis o geral dos g neros de software existentes sem detalhar as particulares implementa es O cap tulo Ferramentas para Desenvolvimento de Aplica es de Realidade Virtual e Aumentada descreve as ferramentas em mais detalhes 4 3 1 Ferramentas de Modelagem A cria o de um mundo virtual requer a modelagem da cena o ambiente virtual os personagens os objetos etc Para fazer essa modelagem usa se programas de modelagem capazes
216. ladar fundamen tais do corpo humano formam um conjunto de fun es que propicia o relacionamento dos usu rios com o ambiente Aparelhos Senso riais 2007 Por meio deles o usu rio percebe tudo o que o rodeia e de acordo com as sensa es interage com o ambiente A Realidade Virtual RV e a Realidade Aumentada RA utilizam os dispositivos de sa da para enviar est mulos aos sentidos humanos e os dispositivos de entrada para receber os est mulos dos usu rios o que possibilita a Integra o dos usu rios com os mun 73 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es dos virtuais Os sentidos sao mais utilizados na seguinte ordem vis o audi o tato olfato e paladar apesar do tempo de resposta dos mesmos seguir outra ordem sabe se por exemplo que o tato e a audi o oferecem menor lat ncia neural que a vis o sendo mais adequados dessa forma a est mulos que necessitem de resposta r pida A RV e RA desejam envolver todos os sentidos do seres humanos de forma combinada Embora diversos avan os j tenham ocorrido ainda existem muitos a serem feitos como por exemplo o desenvolvimento de sistemas h pticos mais fi is realidade Os diversos dispositivos de entrada sa da buscam tornar o ambiente virtual o mais real poss vel no caso da RV e mais natu ral poss vel no caso da RA Al m disso importante ressaltar que alguns dispositivos oferecem recursos que os seres humanos n o poss
217. le se sentir confort vel se for poss vel tocar os objetos com as m os e observar todos os seus detalhes Dessa forma o servi o de leil o virtual foi desenvolvido permitindo ao usu rio interagir com os itens do lote a ser leiloado visualizando os mesmos em 360 al m de ser poss vel escalar os objetos para uma visualiza o mais detalhada se for o caso 65 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Rotacionando um cubo de marcadores em sentido hor rio o objeto escalado at o valor mais alto definido na aplica o e para reduzir seu tamanho o usu rio gira em sentido anti hor rio A Figura 3 5 ilustra o usu rio manipulando um item do lote utilizando para isso um cubo tang vel cujas faces sao marcadores fiduciais Smaller Scale Bigger Scale Figura 3 5 Interface tang vel para manipulacao de objetos Imagem cortesia Grupo de Pesquisa em Realidade Virtual e Multim dia da Universidade Federal de Pernambuco 2007 3 2 5 2 Interfaces Baseadas em Gestos Este tipo de interface usa como entrada gesticula es espont neas do usu rio m micas e gestos simb licos Um exemplo que ilustra esta t cnica quando baseada em posturas gestos est ticos uma aplica o onde o usu rio veste um wearable computer e uma luva para interagir com a aplica o A intera o ocorre realizando diferentes posturas pr 66 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplica
218. lementa o e exemplos 1 3 Tecnologia Projeto e Aplica es As reas de realidade virtual e realidade aumentada assim como outras reas s se desenvolveram com a converg ncia de uma s rie de fatores incluindo as pesquisas a tecnologia a disponibilidade de produtos e os custos acess veis Nesse sentido tiveram papel fundamental os pesquisadores que disseminaram essas reas com o desenvolvimento de recursos disponibilizados sociedade gratuitamente A linguagem VRML Virtual Reality Modeling Language VRML97 2007 para uso em realidade virtual e a biblioteca ARToolKit Lamb 2007 para realidade aumentada s o os exemplos mais marcantes de recursos gratuitos e livres mas existem v rios outros disponibilizados por pesquisadores e mais recentemente por empresas Em seguida o leitor dever ter uma vis o geral sobre as se es deste livro envolvendo os aspectos de tecnologia projeto e aplica es 1 3 1 Ambientes de Hardware e Software O hardware de um computador o n cleo de qualquer aplica o oferecendo os recursos a serem usados Suas caracter sticas ajustadas s necessidades da aplica o s o respons veis pela obten o do melhor ndice de custo benef cio 14 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es O hardware envolve muitos elementos consistindo de processador placas especiais como placas gr ficas e sonoras perif ricos incluindo dispositivos especiais mult
219. lguns jogos eletr nicos como uma interface tang vel como por exemplo no jogo eletr nico Wii Sports onde o controle pode ser utilizado como uma raquete de t nis ou como um taco de baseball 203 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es 10 2 4 Agentes Inteligentes e Vida Artificial As aplicac es em JE e RV sao povoadas nao apenas por seres humanos mas tamb m por agentes artificiais conhecidos em JE como Non Player Characters ou apenas NPCs Estes agentes sao objetos aut nomos no ambiente isto possuem comportamento que n o depende apenas da interac o com os outros objetos para se manifestar possuem a mesma representa o no ambiente que os habitantes humanos por avatares mas seu comportamento controlado por t cnicas de Intelig ncia Artificial IA Dado a complexidade na gera o das imagens gr ficas em taxas de quadros por segundos adequadas acima de 30 quadros por segundo em JE e RV durante muito tempo os algoritmos de IA utilizados foram muito simples gerando comportamentos muito previs veis e superficiais n o obstante pudessem ser divertidos em JE Com o aumento no realismo gr fico os usu rios tanto de JE quanto de RV tendem a ter tamb m uma expectativa alta em rela o aos demais elementos que podem interagir no ambiente Comportamentos muito artificiais e pobres para os agentes em JE e RV est o come ando a quebrar o sentido de imers o dos usu rios Bianchini 2005 Al
220. lhem em conjunto pois possibilitam que este grupo Interaja no ambiente real ou em simula es de ambientes tridimensionais ao inv s das telas bidimensionais do computador Desta forma aumenta se o grau de percep o m tua e de compartilhamento de contexto fatores Importantes para que a Colabora o se realize Mark Weiser considerado o pai da Computa o Ub qua observou que a Realidade Virtual apresenta se como o oposto da Computa o Ub qua segundo ele a Realidade Virtual tenta colocar o mundo real dentro do computador simulando o parcialmente e envolvendo o usu rio neste mundo virtualizado enquanto na Computa o Ub qua s o os equipamentos computacionais que permeiam o mundo real do usuario enriquecendo o Weiser 1991 interessante portanto situar a Realidade Aumentada sob esta tica ao utilizar a tecnologia da Realidade Virtual no mundo real a Realidade Aumentada especialmente no caso dos sistemas que fazem uso de equipamentos m veis tamb m enriquece e permeia o ambiente real Uma vez que a tecnologia produz equipamentos cada vez menores mais poderosos mais port teis vest veis e com 185 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es capacidade de estarem continuamente conectados a tend ncia que um grande n mero dos sistemas de Realidade Aumentada se tornem Sistemas de Realidade Aumentada Ub qua Desta forma a Realidade Aumentada Ub qua dever diminuir cada vez mais a
221. lications IEEE v 22 n 6 Nov Dez ISSN 0272 1716 pp 11 13 186 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Billinghurst M Kato H 2002 Collaborative Augmented Reality Communications of the ACM Vol 45 No 7 July ISSN 0001 0782 pp 64 70 Billinghurst M Kato H Poupyrev I 2001 The MagicBook Moving Seamlessly between Reality and Virtuality IEEE Computer Graphics and Applications Maio Jun pp 2 4 Borghoff U M Schlichter J H 2000 Computer Supported Cooperative Work Introduction to Distributed Applications Springer USA DeSanctis G Gallupe B 1987 A foundation for the study of eroup decision support systems Management Science v 33 n 5 pp 589 609 Dourish P Belloti V 1992 Awareness and Coordination in Shared Workspaces Conference on Computer Supported Cooperative Work CSCW eds Turner e Kraut pp 107 114 Ellis C A Gibbs S J Rein G L 1991 Groupware Some Issues and Experiences Communications of the AM Jan vol 34 n 1 pp 38 58 Etala http www automation hut fi projects etala index html Acesso em Jan 2007 Feiner S H llerer T Gagas E Hallaway D Terauchi T Given S MacIntyre B MARS Mobile Augmented Reality System http wwwl cs columbia edu graphics projects mars Acesso em Jan 2007 Ferreira A B H 1986 Novo Dicionario da lingua portuguesa 2 ed Rio de Janeiro Nova Fronteira
222. m Acesso em Jan 2007 VRContext Walkinside Visualization for the Industry http www walkinside com Acesso em Jan 2007 Zhang X Furnas G 2002 Social interactions in multiscale CVEs 4 International Conference on Collaborative Virtual Environments CVE 02 ACM Press pp 31 38 191 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Cap tulos 10 Jogos e Entretenimento com Realidade Virtual e Aumentada Romero Tori Ricardo Nakamura J oao Luiz Bernardes J r Roberto Cezar Bianchini Eduardo Costa J acober Daniel Calife e Alexandre Nascimento Tomoyose Laborat rio de Tecnologias Interativas Interlab Departamento de Engenharia de Computacao e Sistemas Digitais Escola Polit cnica da Universidade de Sao Paulo USP romero tori ricardo nakamura jo8o bernardes roberto bianchini eduardo jacober daniel calife alexandre tomoyose poll usp br Abstract In this chapter the evolution of computer games and its industry the major related concepts and the relationship among videogame Virtual Reality and Augmented Reality technologies will be discussed Game engines their use in computer game and virtual environments development and the use of tangible user interfaces are among other important novel technologies that will be analyzed here Resumo Este cap tulo discute evolu o e mercado dos jogos de computador e principais conceitos envolvidos relacionando essa tecnologia
223. m Java aplicado em um Atlas Virtual Apesar de constituir uma solu o barata os autores observaram que m todos mais adequados devem ser aplicados em sistemas da rea m dica pois os anaglifos causam distor o nas cores das imagens prejudicando a sensa o de realismo t o desejada neste tipo de sistema 11 13 Constru o de frameworks Um framework definido como um conjunto de classes abstratas e concretas usadas para o desenvolvimento de uma aplica o com dom nio espec fico Framework orientado a objetos representa uma categoria de artefatos de software potencialmente capazes de promover re so de alta granularidade Johnson 1988 T m sido pesquisados devido a sua capacidade de alterabilidade extensibilidade e em longo prazo rapidez no desenvolvimento de novas aplica es diminui o de erros e aumento de qualidade do produto final Alguns frameworks na rea de RV e RA aparecem na literatura mas poucos deles s o direcionados especificamente 245 Aplicac es M dicas usando Realidade Virtual e Realidade Aumentada constru o de aplica es na rea m dica Bastos et al 2005 afirmam que esses frameworks permitem que o usu rio se concentre no desenvolvimento da aplica o pois n o necess rio se preocupar com a ger ncia do sistema de RV Tais frameworks podem oferecer abstra o de dispositivos e sistemas de proje o erafos de cena especializados interac o com o AV suporte a sistemas di
224. m impacto visual e despertar o interesse em diversos tipos de usuarios n o somente pela maneira que os dados sao representados na Interface gr fica mas tamb m pelas novas formas de intera o A visualiza o tridimensional de informa es pode ser realizada por meio de ambientes de Realidade Virtual e Realidade Aumentada Estas formas de visualiza o podem facilitar a an lise e a compreens o dos dados j que os mesmos podem ser dispostos de maneira intuitiva e interativa O presente cap tulo aborda detalhadamente aspectos importantes da Visualiza o de Informa o por meio de Realidade Virtual e Realidade Aumentada e descreve conceitos e defini es essenciais para a compreens o deste tema al m de demonstrar as principais t cnicas de visualiza o de dados aplicados em ambientes virtuais Este cap tulo ainda disserta sobre o estado da arte de aplica es que utilizam estas tecnologias na rea de 259 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Visualiza o de Informa o ressaltando suas caracter sticas e metodologias de desenvolvimento 12 2 T cnicas de Visualiza o de Informa o Existem diversas t cnicas que ap iam a Visualiza o de Informa o de acordo com a classifica o de Keim 2002 estas t cnicas podem ser divididas em Proje es 2D 3D convencionais abragem um grande n mero de t cnicas mais simples e amplamente utilizadas como plotagem em planos e e
225. m os objetivos e restri es determinados Raposo e Fuks 2002 Coopera o a a o de operar simultaneamente Ao cooperarem os participantes do grupo produzem modificam e utilizam de maneira compartilhada um conjunto informa es e artefatos reais ou virtuais tais como um documento uma planilha ou a pe a de um carro A Coopera o ent o esta opera o conjunta dos membros do grupo no espa o compartilhado a fim de que as atividades possam ser realizadas Fuks et al 2002 O Modelo 3C evidencia a necessidade de os participantes terem informa es sobre o que est ocorrendo Atrav s das informa es de percep o disponibilizadas pelo ambiente os participantes de um grupo tomam ci ncia por exemplo de quais etapas j foram terminadas e de quem a responsabilidade de uma tarefa Informa es como estas s o necess rias para que cada participante seja capaz de avaliar seu trabalho e dos demais participantes e de redirecionar suas atividades se necess rio 171 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es 9 2 2 Sistemas colaborativos e sua classificacao DeSanctis e Gallupe 1987 utilizam a no o de tempo e de espa o entendidos como 2 eixos para classificar um sistema colaborativo O eixo do tempo indica se os participantes interagem de maneira s ncrona ou ass ncrona enquanto o eixo do espa o indica se eles est o fisicamente pr ximos ou n o Quando os interlocutores precisam es
226. ma imagem a partir de alguns par metros como densidade opacidade textura e campos de vetores normais Tais par metros indicam como os dados internos do volume s o combinados e processados para gerar a imagem final atrav s da Intera o com a luz Um exemplo pode ser visualizado na Figura 240 Aplicac es M dicas usando Realidade Virtual e Realidade Aumentada 11 5 Uma das principais vantagens da reconstruc o de volumes a qualidade das imagens geradas Um dos grandes problemas desta categoria de reconstruc o a grande quantidade de dados a processar Peixoto 2000 Figura 11 5 Reconstru o volum trica a partir de imagens de c rebro geradas por RMN Neuroimage 2006 A reconstruc o da borda ou superf cie que delimita um objeto s lido a partir de uma s rie de se es planares paralelas tem recebido bastante aten o nas ltimas duas d cadas Peixoto 2000 A Figura 11 6 mostra um exemplo de contornos paralelos distribu dos em tr s fatias e a superf cie reconstru da Atrav s de tecnologias como TC e RMN s o obtidas informa es sobre rg os e tecidos humanos armazenadas em fatias As informa es das fatias s o utilizadas para definir o conjunto de contornos que por sua vez podem ser interpolados para gerar superf cies Estas superf cies seriam as bordas dos rg os ou tecidos humanos que desta forma podem ser exibidos e utilizados em aplica es gr ficas Na reconstru o por superf ci
227. mage que retorna um ponteiro de mem ria para o local onde a imagem adquirida est armazenada Esta chamada ocorrer neste la o at que a aplica o termine O 29 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es ponteiro de mem ria n o define uma estrutura matricial da imagem Na verdade preciso utilizar a informa o das dimens es de largura e altura recuperadas na configura o para reconhecer esta estrutura Al m disso as informa es sobre o n mero de canais de cores devem ser conhecidas antecipadamente Geralmente as c meras permitem que se configure estas caracter sticas em uma GUI exibida durante o processo de inicializa o Se a c mera disponibilizar a imagem em 3 canais de cores com 256 n veis para cada canal preciso ter em mente que os dados estar o agrupados em pixels cada um ocupando 3 bytes Uma imagem que tivesse 320 pixels na largura e 240 pixels na altura nesse formato de 3 canais de cores teria ent o 320 x 240 x 3 230 400 bytes ou 225 Kbytes poss vel tamb m que al m dos canais de cores haja um canal de transpar ncia conhecido como canal alfa Neste caso a Imagem ficaria um pouco maior ocupando 300 Kbytes Bem maior que os 75 Kbytes se a imagem tivesse apenas um canal monocrom tico A ordem em que estas informa es de cores aparecem tamb m importante para que se consiga processar a imagem do v deo Em formatos de 4 canais h modos BGRA para os quais o c
228. mentada usando cen rios e comportamentos mais realistas 17 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es recursos dessas reas passaram a ser usados para o desenvolvimento de novas aplica es ou para a remodelagem de aplica es ja existentes O cap tulo 10 deste livro trata do uso de realidade virtual e aumentada em jogos e entretenimento mostrando suas caracter sticas exemplos e tend ncias 1 3 8 Aplica es M dicas A medicina uma das reas que mais demandaram o uso de realidade virtual e aumentada em educa o treinamento diagn stico tratamento e simula o de cirurgia Realidade virtual e realidade aumentada pelas suas caracter sticas de visualiza o 3D e de intera o em tempo real permitem a realiza o de aplica es m dicas inovadoras que antes n o podiam ser realizadas O cap tulo 11 deste livro discute como a realidade virtual e a realidade aumentada podem ser usadas em aplica es m dicas mostrando exemplos e explorando os recurso de visualiza o e de sensa es multisensoriais em situa es f sicas e psicol gicas 1 3 9 Visualiza o As imagens sempre foram usadas para melhorar as condi es de visualiza o de informa o das pessoas atrav s de gr ficos e figuras Por outro lado ambientes de realidade virtual e aumentada amplificam as capacidades das pessoas em avaliarem informa es tridimensionais na medida em que flexibilizam a atua o no
229. n o Avalia es espec ficas do processo proposto envolvendo por exemplo estudos emp ricos poderiam indicar mais precisamente os pontos positivos da abordagem e apontar aspectos a serem melhorados 5 5 Refer ncias Bibliogr ficas Calonego Jr N Kirner C Kirner T G Abackerli A J 2004 Implementation of a virtual environment for interacting with a numeric command machine Proceedings of the 3rd IEEE VECIMS International Conference Boston MA p 125 130 Kalawsky Roy S 1993 The Science of Virtual Reality and Virtual Environments Addison Wesley Reading MA 1993 Kawamoto A L Kirner T G and Kirner C 2006 Experience on the Implementation of a Collaborative Virtual Environment for Educational Applications Proceedings of the XXIX IEEE 105 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es International Conference on Systems Man and Cybernetics Taipei Taiwan p 315 321 Kirner C and Pinho M 1996 Introdu o Realidade Virtual Minicurso JAI SBC Recife PE Kirner T G Martins V F 1999 A Model of Software Development Process for Virtual Environments definition and a case study Proceedings of the 2nd IEEE ASSET International Symposium Richardson TX pp 155 161 32 Kirner T G Martins V F 2000 Development of an Information Visualization Tool Using Virtual Reality Proceedings of the 150 ACM Symposium on Applyed Computing Como IT p 604 607
230. n a algum objetivo Essas capacidades normalmente s o representadas numericamente por estat sticas como atributos f sicos sociais ou mentais habilidades n veis etc comum mas n o necess rio que a forma como essa evolu o acontece desde a cria o do personagem tamb m esteja 196 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es sob controle do jogador permitindo a sua customiza o a forma como os personagens interagem com o jogo pode ser bem diferente dependendo de quais estat sticas foram privilegiadas Parte da evolu o normalmente tamb m a aquisi o e uso de equipamentos melhores para o personagem cuja disponibilidade normalmente limitada pelo est gio de evolu o dos mesmos e Simula o jogos que simulam alguma atividade real como o crescimento e gerenciamento de uma cidade ou a vida de um indiv duo Alguns tipos espec ficos de simula o s o t o populares que podem ser considerados como categorias separadas e Esportes normalmente esportes populares de equipe e esportes radicais como skate e snowboard e Simuladores de v o e Corrida quase sempre refere se a corrida de autom veis e n o classificado como jogo de esporte e A o Jogos eletr nicos em que a o intensa normalmente violenta o principal componente sem grande preocupa o com elementos como gerenciamento de recursos ou evolu o do personagem mas com mais obst culos a vencer que o
231. n rio 3D A figura apresenta um dos menus da aplica o mivaDesk Teixeira et al 2007 o 4 Platform E Platform E AUTOEXEC BAT Images W AVG7DB F DAT TE AVG7QT DAT nokia E boot ini Others E c m 192 168 0 28 Ink Otherseste dat c02824a2ec106aa4d1 amp playlist amp CIDA amp Sounds Config Msi Videos CONFIG SYS Copy of ogrenew E defaultlist m3u Documents and Settings flexim BONE Lattes MSDOS SYS E msvci70 dll NTDETECT COM Figura 3 2 mivaDesk t cnica Menus 2D Adaptados para controle de sistemas atrav s de menus gr ficos Imagem cortesia Grupo de Pesquisa em Realidade Virtual e Multim dia da Universidade Federal de Pernambuco 2006 3 2 2 1 Considera es sobre Implementa o A implementa o das t cnicas de controle do sistema deve facilitar o foco na tarefa a ser realizada pelo usu rio evitando que sua aten o seja desviada do objetivo inicial Al m disto importante usar uma refer ncia espacial consistente posicionando corretamente os comandos no ambiente virtual Este tipo de t cnica de intera o fortemente embasado em entrada multimodal permitindo o uso de voz gestos al m dos 60 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es menus gr ficos posicionados na cena A utiliza o destas modalidades variadas de entrada de dados deve ser cuidadosamente avaliada de acordo com o dominio da aplica o e
232. nas serem alteradas como resposta aos seus comandos como ocorre nos videogames atuais torna a intera o mais rica e natural gerando mais engajamento e efici ncia Nos ambientes virtuais a intera o mais simples a navega o decorrente da movimenta o do usu rio no espa o tridimensional atrav s de algum dispositivo como o mouse 3D comandos de voz ou de gestos detectados por algum dispositivo de captura resultando na visualiza o de novos pontos de vista do cen rio Nesse caso n o h mudan as no ambiente virtual mas somente um passeio explorat rio Intera es propriamente ditas com altera es no ambiente virtual ocorrem quando o usu rio entra no espa o virtual das aplica es e visualiza explora manipula e aciona ou altera os objetos virtuais usando seus sentidos incluindo os movimentos tridimensionais de transla o e rota o naturais do corpo humano A interface baseada em realidade virtual permite que habilidades e conhecimento intuitivos do usu rio possam ser utilizados para a manipula o dos objetos virtuais Esse tipo de intera o realizado atrav s de dispositivos n o convencionais como capacete de visualiza o ou luvas o pr prio corpo como gestos e comandos de voz ou at mesmo dispositivos convencionais como mouse teclado e monitor de v deo O usu rio deve ter a impress o de estar atuando dentro do ambiente virtual apontando pegando manipulando e executando outras a e
233. nciamento local cada host deve tamb m tratar os acessos remotos 7 3 2 Protocolos Segundo Kurose e Ross 2006 um protocolo define o formato e a ordem das mensagens trocadas entre duas ou mais entidades comunicantes bem como as a es realizadas na transmiss o e ou 137 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es no recebimento de uma mensagem ou outro evento Por envolver comunica o o protocolo um importante componente de um SDRV e Aumentada Essa se o apresenta uma vis o geral do protocolo TCP IP que de maneira geral o protocolo mais utilizado na transmissao de informa es Apresenta tamb m alguns protocolos espec ficos para SDRVs e por fim discute superficialmente dois protocolos para redes sem fio wireless visto que a mobilidade se torna cada vez evidente no cotidiano TCP IP A arquitetura TCP Transmission Control Protocol IP Internet Protocol representa um grupo de protocolos que funcionam em conjunto para transmitir informa es pela Internet Assim n o se usa somente um protocolo combinam se protocolos de diferentes camadas para diferentes prop sitos O TCP e o IP sao apenas dois dos protocolos de transmissao abrangidos pela arquitetura TCP IP O Internet Protocol IP o protocolo que define o mecanismo de transmiss o n o confi vel e n o orientado conexao O IP define a unidade b sica de transfer ncia e o formato exato de todos os dados que passam
234. ndo real oferecidas por CVEs tamb m trazem possibilidades de percep o que n o s o triviais em aplica es de desktop Por exemplo a movimenta o dos avatares antecipa Inten es dos usu rios e revela a expectativa que os demais usu rios t m a seu respeito por exemplo um avatar se aproximando do outro pode indicar que ele deseja se comunicar Os CVEs voltados para Comunica o s o plataformas de Intera o social onde os usu rios normalmente se encontram casualmente e se comunicam Um exemplo de CVE focado na Comunica o o Active Worlds Active Worlds 2007 uma ferramenta para a cria o de chats 3D na Web Outro CVE voltado para a Comunica o o FreeWalk Nakanishi 2004 Em sua primeira versio o FreeWalk apresentava se como uma videoconfer ncia espacial voltada para o suporte a encontro casuais Cada avatar representado por uma janela 2D no ambiente 3D que transmite seu audio e v deo aos demais A no o espacial acrescenta os conceitos de localiza o e dire o do olhar s videoconfer ncias tradicionais Em sua segunda vers o foi acrescentado um agente aut nomo participante do ambiente cujo objetivo facilitar a encontro casual entre estranhos recurso de Coordena o Em sua terceira vers o o sistema apresenta simula es de situa es reais uma situa o de desastre 177 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es onde os participantes humanos e agentes
235. necessariamente renderizar o mundo virtual completo uma vez que a capacidade visual humana n o permite receber um grande n vel de detalhe de objetos distantes e ocultos Somente os objetos ao redor de uma determinada regi o onde se encontra o participante precisam ser renderizados com um grande n vel de detalhe Em alguns casos como na detec o de colis o pode se necessitar de taxas de atualiza es que se aproximem das taxas de quadros executados localmente de maneira a alcan ar um maior realismo Assim uma solu o vi vel dividir o AV em reas menores melhor gerenci veis de acordo com o interesse do usu rio aumentando a escalabilidade e o processamento das informa es Segundo Macedonia et al 1995 poss vel particionar o AVD em grids ret ngulos ou em hex gonos A associa o baseada em grids tem a desvantagem de ter muitos pontos em que v rios ret ngulos se encontram apesar de ser mais f cil a implementa o Quando um avatar se aproxima de qualquer um desses pontos o host precisa renderizar como forma de antecipa o das c lulas os quatro ret ngulos pr ximos intersec o Para diminuir esta dificuldade de processamento pode se dividir o AV em hex gonos nos quais somente tr s regi es se cruzam em um determinado ponto ao inv s de quatro 7 3 Quest es de Implementa o Consciente das quest es relacionadas ao projeto necess rio tomar decis es de como implementa las Nessa
236. nfatiza a Intera o do usu rio com o ambiente tridimensional e a gera o das imagens em tempo real Para que isso ocorra a plataforma computacional deve ser apropriada para aplica es de realidade virtual apresentando boa capacidade de processamento gr fico para a renderiza o de modelos tridimensionais em tempo real e suportando dispositivos n o convencionais de intera o para atender demanda multisensorial compara o entre multim dia e realidade virtual pode ser vista da seguinte maneira e Multim dia envolve imagens capturadas ou pr processadas prioriza a qualidade das imagens exige alta capacidade de transmiss o usa t cnicas de compress o de dados atua no espa o 2D e funciona com dispositivos convencionais e Realidade virtual envolve imagens calculadas em tempo real prioriza a Intera o com o usu rio exige alta capacidade de Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es processamento usa t cnicas e recursos de renderiza o de modelos tridimensionais e funciona com dispositivos especiais Tanto na multim dia como na realidade virtual o usu rio tem de ser transportado para o dominio da aplica o ambiente virtual podendo causar lhe desconforto frente ao desconhecido al m da necessidade de adapta o e treinamento 1 2 3 Realidade Aumentada A realidade aumentada definida de v rias maneiras a o enriquecimento do ambiente real com objetos virtuais
237. ng trends mobile supporting collaborative environments are emphasized Resumo Este cap tulo trata os Ambientes Colaborativos de Realidade Virtual RV e Realidade Aumentada RA sob a perspectiva de Sistemas Colaborativos apresentando os como uma classe de 168 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es aplica es com caracter sticas demandas e desafios espec ficos dos softwares direcionados para apoiar o trabalho em grupo S o apresentados e discutidos ambientes que exploram as particularidades das tecnologias de RV e RA quando aplicados diferentes cen rios de colabora o No campo das tend ncias dada nfase em ambientes colaborativos com suporte mobilidade Q A amp 9 1 Introdu o A dissemina o do uso dos computadores e da Internet fez surgir a quest o de como estes recursos podem ser aproveitados para promover a colabora o entre usu rios de grupos co localizados e distribu dos Com este objetivo s o desenvolvidas pesquisas na rea de Trabalho Colaborativo Apoiado por Computador CSCW Computer Supported Collaborative Work uma rea de estudo interessada no trabalho em conjunto de grupos de pessoas com o apoio de computadores Groupware sistema ou ambiente colaborativo a tecnologia baseada em m dia digital que d suporte s atividades de pessoas organizadas em grupos Aplica es de bate papo mensagem instant nea sites de relacionamentos blogs sistemas de recomend
238. nger p274 278 Sato Y Kobayashi Y Koike H 2000 Fast Tracking of Hands and Fingertips in Infrared Images for Augmented Desk Interface Proceedings of Fourth IEEE International Conference on Automatic Face and Gesture Recognition p462 467 Schalkoff R J 1989 Digital Image Processing and Computer Vision John Wiley and Sons 489pp Sharma G 2003 Digital Color Imaging Handbook CRC Press 764pp Silva L C 2003 M todo Robusto para a Calibrac o de Cameras em Estereofotogrametria Tese de Doutorado COPPE UFRJ 117pp 51 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Cap tulo T cnicas de Interacao para Ambientes de Realidade Virtual e Aumentada Judith Kelner e Veronica Teichrieb Grupo de Pesquisa em Realidade Virtual e Multim dia Centro de Inform tica Universidade Federal de Pernambuco GRVM CIn UFPE Av Prof Moraes Rego S N Pr dio da Positiva 19 Andar Cidade Universit ria 50670 901 Recife PE Brasil jk vt cin ufpe br Abstract Software usability is highly dependent on the supported interaction at the interface level A number of techniques have been described in the literature and some of those used in the context of virtual and augmented realities together with implementation aspects are presented in this chapter Resumo A usabilidade de um software dependente das t cnicas de intera o dispon veis na sua
239. nhecido Lamb 2006 A fun o MainLoop no exemplo exview dispon vel nas distribui es do ARToolkit abriga uma seq ncia de tarefas para cada quadro em processamento 1 os dados da imagem do quadro que foi capturado sao apontados por um ponteiro obtido pela chamada da fun o arVideoGet mage 2 deve ser realizado o processamento da imagem deste quadro tal como aquele do C digo 2 1 3 se este processamento implicar em altera o desta imagem esta alterac o deve ocorrer logo ap s o processamento 4 configura es sobre o modo como o OpenGL ser utilizado 5 a imagem aumentada com os objetos 3D exibida chamando se a fun o ar gDi spl mage 6 um marcador buscado na imagem com a chamada de ar Detect Marker 7 se o marcador foi detectado ent o suas posi o e pose s o recuperadas com a chamada da fun o ar Get Trans Mat 8 uma cena desenhada com o OpenGL cena esta contendo um objeto sobre o marcador representando os 3 eixos ortogonais de seu espa o uma c mera na posi o e na pose 44 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es relativa ao marcador detectado e uma superf cie plana coplanar superf cie do marcador Com o prop sito de ilustrar este trabalho o exemplo do exview foi desmembrado em duas aplica es uma servindo apenas como rastreador ARTracker e outra servindo como um visualizador 3D da geometria do rastreamento ARViewer O ARTracker funciona como um servi
240. nibiliza uma representa o tridimensional de um corpo feminino e outro masculino obtidas a partir da sec o milim trica de corpos humanos Ramos et al 2005 desenvolveram um Atlas virtual da mama para estudo da anatomia mam ria e fisiopatologia do c ncer de mama atrav s da visualiza o de estruturas antes s dispon veis em imagens de livros ou estudo em cad veres A RV aplicada cirurgia abrange uma s rie de situa es que v o desde o planejamento de um procedimento at o treinamento de t cnicas e assist ncia para a sua realiza o Neste sentido o primeiro simulador cir rgico desenvolvido no Brasil Machado 2003 visa a coleta de medula ssea O sistema possui visualiza o esterosc pica e manipula o tridimensional de um modelo do osso il aco dotado de camadas que possuem propriedades f sico el sticas que s o percebidas pelo usu rio atrav s da manipula o de dispositivos h pticos Na rea de simula o de procedimentos merecem destaque a simula o de ortopedia de Sourin et al 2000 e diagn stico de c ncer de pr strata de Burdea et al 1999 Recentemente Balanuik et al 2006 desenvolveram uma ferramenta de 237 Aplica es M dicas usando Realidade Virtual e Realidade Aumentada visualiza o de cirurgias pl sticas dos seios voltada para a educa o do paciente e o planejamento cir rgico 11 8 2 Telecirurgia A telecirurgia exige equipamentos sofisticados que possibilitam
241. nstein 1988 T cnicas orientadas a pixels apresenta se cada atributo de um dado multidimensional atrav s de pixels do dispositivo de exibicao e faz se o uso de cores para representar os valores dos dados Tamb m se calcula um fator denominado Fator de Relev ncia Keim and Kriegel 1994 baseado na ordem de apresenta o dos elementos Cada dimens o apresentada em uma janela individual onde os elementos s o comparados em rela o a um atributo espec fico A visualiza o pode ser gerada sobre todos os elementos de dados ou sobre um subconjunto especificado T cnicas hier rquicas nesta abordagem o espa o k dimensional subdividido e os subespa os resultantes s o apresentados de forma hier rquica como por exemplo na t cnica denominada Dimensional Stacking LeBlanc Ward et al 1990 que apresenta bidimensionalmente as dimens es em sucessivos n veis hier rquicos Existe ainda a possibilidade de combina o entre estas t cnicas que permite o surgimento de novas t cnicas denominas h bridas 12 3 T cnicas de Interac o Um conhecido ditado popular diz que uma imagem vale por mil palavras sendo assim pressup e se que um sistema interativo com riqueza de imagens vale por muito mais Sobre esta perspectiva a ci ncia da Visualiza o de Informa o define suas diretivas com o objetivo de facilitar a an lise de dados complexos a Visualiza o de Informa o deve ser interativa 261
242. ntera es f sicas para manipula o direta do mundo virtual desta forma um objeto f sico real e um objeto virtual s o associados quando ocorre alguma mudan a em um deles normalmente no objeto f sico o outro afetado da mesma maneira permitindo que o usu rio manipule um objeto virtual em um ambiente 3D atrav s da manipula o de um objeto real de uma maneira muito mais intuitiva Atrav s das interfaces tang veis a manipula o de conte dos digitais se torna muito mais natural como por exemplo rotacionar um cubo real e obter as mesmas transformac es em um cubo virtual em um ambiente tridimensional Um exemplo de aplica o da interface tang vel apresentado por Underkoffler e Ishii 1999 em uma aplica o chamada Illumination Light nesta aplicac o os usu rios podem manipular objetos f sicos que representam componentes pticos espelhos lasers lentes etc em uma superf cie aumentada Quando o usu rio posiciona o objeto que representa o laser nesta superf cie projetado um raio luminoso que parece sair deste objeto caso seja posicionado o objeto que representa o espelho este raio ser refletido de acordo com sua posi o 202 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es A colabora o entre os usu rios permitida e at mesmo incentivada com o uso das interfaces tang veis 1sto ocorre devido ao fato de as intera es e movimentos terem menos limitadores por ex
243. ntual 2 1 Introdu o Recuperar a posi o 3D em uma cena real a partir de uma ou v rias imagens um problema inverso isto n o poss vel resolv lo sem a constru o de um modelo baseado em dados observados Chalmond 2003 No problema deste trabalho os dados observados s o os pixels de uma ou v rias imagens capturados com um instrumento a c mera A cena real projetada sobre a geometria em que os pixels est o dispostos Para a grande maioria das c meras esta geometria uma superf cie plana bidimensional e com os pixels dispostos em uma grade regular Os pixels nada mais s o que os resultados num ricos da transdu o de um dos muitos fotossensores dispostos naquela superf cie plana Transdu o a transforma o de um tipo de energia em outra e a energia que se quer transformar a dos f tons que depois de interagirem com os objetos da cena real caem na superf cie fotossensorial da c mera Esta energia dos f tons de fato transformada em energia el trica refletindo a quantidade de f tons da cena que colidiram com aquele fotossensor espec fico Portanto de cada fotossensor resultar um sinal que indica no tempo a varia o da quantidade de luz quantidade de f tons detectada por 23 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es aquele fotossensor preciso portanto determinar de quanto em quanto tempo se deve recuperar essa medida ou seja para uma fot
244. o Po as coordenadas do objeto pontual na cena P as coordenadas da proje o do objeto na imagem e Pc o centro de proje o da c mera Na Figura 2 4 est ilustrada a geometria deste modelo onde de um lado est o as coordenadas referentes ao objeto pontual Po e de outro as coordenadas do centro de proje o da c mera Pc Entre estes dois pontos mas na mesma reta est o ponto projetado na imagem P f cil perceber que h um conjunto de tri ngulos semelhantes Em particular os tri ngulos APcG e BPcH s o semelhantes assim como os tri ngulos APC e BPcD Portanto direto estabelecer a rela o entre os tamanhos de segmentos de retas de acordo com 1 Se Pc for adotado como a origem deste espa o de coordenadas ou seja se Pc 0 0 0 obtem se um relacionamento entre estas coordenadas no qual o valor de f determina a proporcionalidade entre a posi o desse objeto inclusive seu pr prio tamanho e a posi o de sua proje o na imagem Em outras palavras f um fator de escala entre o objeto e sua Imagem Desenvolvendo algebricamente estas propor es triangulares e reconhecendo nos segmentos de reta destes tri ngulos as 34 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es respectivas coordenadas de um sistema cuja origem Pc ent o o relacionamento pode ser escrito como 1 BH BD BE x y f AG AC AP xo Yo Zo 1 Destas propor es resultam as duas equa es em 2 X d
245. o SGI IRIX Linux MacOS e Windows e distribui o do c digo fonte completo que pode ser encontrado em http www hitl washington edu artoolkit 6 4 2 ARToolkit Plus O ARToolKitPlus baseia se no ARToolkit Esta ferramenta fornece algumas otimiza es como por exemplo possibilidade de se utilizar computa es de ponto fixo ao inves de ponto flutuante com o objetivo de gerar aplica es eficientes para dispositivos m veis tais como PDAs e smartphones O sistema de marcadores semelhante ao do ARToolKit por m o desenho no interior do marcador a sua identifica o Esta codifica o possibilita que o usu rio utilize at 512 marcadores diferentes facilitando a identifica o dos marcadores diminui a incid ncia de confus o de identifica o 124 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Destaca se no ARToolKitPlus a utiliza o da t cnica de limiar adaptativo que permite o ajuste dos sistema de detec o dos marcadores conforme a luz do ambiente sofre altera es Dispon vel em http studierstube icg tu graz ac at handheld ar artoolkitplus php 6 4 3 ARTag O ARTag tamb m teve como base o ARTookit Seu objetivo foi resolver alguns problemas encontrados nesta ltima ferramenta principalmente no processo de detec o de marcadores tais como o falso positivo quando o sistema acusa a presenga de um marcador mas ele n o existe falso negativo quando o sistema n o acusa
246. o espec fico fica a cargo de seus In meros partipantes habitantes decidir se utilizar o sua infra estrutura para fins de comunica o como pontos de encontro propaganda etc fins de entretenimento como jogos exibi es etc comerciais venda de conte do ou servi os dentro do ambiente ou de aprendizado museus virtuais ensino a dist ncia etc Assim como os game engines podem ser adotados como base para as aplica es cient ficas de RV e da mesma forma essa pr tica deve ser analisada com cautela devido s suas caracter sticas e restri es 213 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es No campo dos game engines novas oportunidades aparecem com rela o democratiza o ao acesso plataforma de consoles atrav s de SDKs p blicos como o XNA Game Studio Express da Microsoft e o formato de distribui o por digital downloads Ao mesmo tempo os novos consoles Nintendo DS e Wii bem como a s rie EyeToy da Sony criam uma ampla base instalada de dispositivos anteriormente n o convencionais de Interface como telas sens veis ao toque microfones sensores de posi o e movimento force feedback conex o sem fio captura de Imagens e vis o computacional Ou seja tais dispositivos podem facilitar tanto seu uso em projetos de pesquisa de RV quanto diminuir o distanciamento do grande p blico a esses novos estilos Interativos Alguns exemplos foram citados
247. o AV Al m disso os fatores adiante apresentados e comentados afetam de alguma forma o desempenho e ou a complexidade de um AVD A complexidade por sua vez tamb m afeta o desempenho prejudicando o realismo na forma de atrasos ou lentid o Dessa forma procura se estabelecer um n vel de complexidade que torne o AVD aceit vel tanto em realismo quanto em desempenho Os principais fatores que devem ser levados em considera o para que isso ocorra s o Greenhalgh 1996b Numero de participantes De acordo com a quantidade de participantes que o AV pode suportar de forma simult nea os sistemas de RV podem ser classificados em monousu rio single user ou multiusu rios multi user 133 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Em um sistema monousu rio poss vel a exist ncia de outros usuarios que sao entretanto somente meros espectadores uma vez que a intera o com e a navega o pelo ambiente somente s o dispon veis a um nico usu rio Nota se que os sistemas multiusu rios s o mais complexos e exigem um poder maior de computa o relacionando se entre outros a aspectos como gerenciamento desses usuarios login seguran a etc Al m disso o n mero de tarefas que poder o ser executadas pelos usu rios outro fator de interfer ncia Percep o Em um AVD de fundamental import ncia que os participantes tenham a percep o da presen a de outros participantes
248. o Blender seja comparado com softwares high end comerciais tais como Maya e 3D Studio Max A documenta o sobre ele bastante farta Dispon vel em http www blender org 6 3 9 FluxStudio Flux Studio conhecido como Vizx3D uma ferramenta gr fica editor de modelagem e anima o voltada para o desenvolvimento de aplica es para Web 3D e conte do de mundos virtuais Ela suporta apenas Windows A licen a deste software pertence Media Machines Como um editor gr fico de f cil utiliza o e orientado a visualiza o sendo capaz de abrir conte dos X3D VRML97 e v rios outros formatos de arquivos Utilizando a sua interface gr fica poss vel definir anima es regras de interatividade que podem disparar luzes sons e anima es A GUI tamb m fornece recursos para depurar as aplica es e wizards Dispon vel em http www mediamachines com 122 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es usar Programa o cu Oye Oye ss API e Java Net Python Net Java Net Python C Lua a C Ce Python C REA RO ESA IR Tabela 6 1 Tabela de compara o de ferramentas de RV 6 4 Ferramentas de Realidade Aumentada As ferramentas voltadas para RA auxiliam a constru o dos objetos virtuais e sua Integra o ao ambiente real incluindo alguns comportamentos como por exemplo quando um marcador detectado um certo objeto adicionado na cena
249. o ser humano perceber a no o de profundidade O olho esquerdo e o olho direito sempre v em imagens diferentes apesar de muito parecidas Santos 2000 lembra que o c rebro usa esta diferen a para montar a imagem O princ pio de funcionamento da maioria dos dispositivos estereosc picos a proje o de imagens distintas aos olhos esquerdo e direito do observador proporcionando sensa o de profundidade H v rios m todos para obter esta sensa o Johanson 2001 apresenta a t cnica de v deo estereosc pico no qual posicionam se c meras separadas uma da outra que geram imagens distintas O m todo de polariza o da luz baseia se na utiliza o de filtros fazendo com que as imagens de um par estereosc pico sejam polarizadas em planos verticais e horizontais Machado 2003 Oculos obturadores com lentes de cristal l quido s o dispositivos especiais cujas lentes ficam instantaneamente 233 Aplica es M dicas usando Realidade Virtual e Realidade Aumentada transparentes ou opacas de acordo com um sistema de controle pr vio sincronizados com a imagem projetada Existe tamb m a visualizac o do par est reo Lipton 1982 na qual s o apresentadas duas imagens lado a lado de forma com que cada imagem seja posicionada levando em conta a dist ncia entre os olhos do observador Ao m todo de estereoscopia que utiliza cores e diferentes profundidades codificadas d se o nome de Disparidade Crom tica Esta
250. o tangivel Visao computacional oponente simples video Sensores magn ticos e vis o Gamepad posi o e HMD video computacional co localiza o tang vel caixas Vis o computacional HMD video marcadores Outros RR es Tangivel batedores Gestos posi o Vis o computacional corporal 212 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Invisible Train Visao computacional Monitor PDA video marcadores Touchscreen fiduciais Projec o Visao computacional simples v deo infravermelho Tang vel baquetas Interactive Storytelling Charles et al 2004 Gestos n o tang vel e interpreta o de linguagem natural Proje o simples v deo cromaqui Vis o computacional features Tabela 10 1 Jogos em reas Limitadas O SymBal Hakkarainen e Woodward 2005 uma vers o m vel do CambBall Woodward et al 2004 e o chute a gol mobile Paelke et al 2004 s o os principais representantes dos jogos independentes de local Ambos utilizam a c mera do port til como dispositivo de entrada atrav s de t cnicas de vis o computacional e a sua tela como sa da gr fica 10 5 Tend ncias Uma tend ncia tanto para JE quanto RV o aparecimento de ambientes virtuais tridimensionais gen ricos acess veis por microcomputadores padr o pela internet como o Second Life Second Life 2006 Tais ambientes gen ricos n o t m um objetiv
251. objeto como a cor mas sim s suas propriedades de material rugosidade elasticidade etc Assim os pacotes de programa o s o constitu dos por um conjunto de rotinas espec ficas para o controle dos dispostivos e envolvem de modo geral o reconhecimento do contato entre dispositivo sua representa o e objetos das caracter sticas deste contato o c lculo das for as de rea o e o envio destas ao dispositivo Cada dispositivo dispon vel comercialmente costuma ter seu pr prio pacote de programa o que implementa as rotinas de processamento h ptico Um dos problemas relacionados esta especificidade que o programador de uma aplica o que envolva o uso de dispositivos h pticos deve aprender o pacote do dispositivo para poder utiliz lo o que acaba sendo uma rdua tarefa quando diferentes dispositivos s o utilizados na aplica o Com o intuito de facilitar o processo de programa o tem sido desenvolvidos diferentes conjuntos de bibliotecas que abstraem as funcionalidades espec ficas de cada pacote de programa o de modo que as fun es sejam nicas independentes do dispositivo utilizado O CyberMed um destes pacotes Souza et al 2007 Com distribui o livre e voltado para o sistema operacional Linux o CyberMed cont m um conjunto de classes C que permitem integrar sistemas h pticos em aplica es de RV O Chai3D faz tarefa semelhante e tamb m com distribui o livre voltado ao sistema ope
252. obustez da resposta C meras com campos de vis o mais amplos poderiam ser experimentadas para contrapor a constru o de um dispositivo para movimentar as c meras conforme a solu o do par grafo anterior Como se percebe este tipo de trabalho ponto de partida para a constru o de dispositivos de intera o baseados em c mera com aplica es que tipicamente exijam pouca precis o na Intera o como o caso de Interfaces com o usu rio 49 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es 2 7 Refer ncias Bibliogr ficas Cant C 2005 Writing Windows WDM Device Drivers Academic Press 580pp Chalmond B 2003 Modeling and Inverse Problems in Image Analysis Springer 328pp Consularo L A Coelho R C Fernandes M M 2004 Tutorial sobre O AR ToolKit http www consularo com artoolkit visitada em 04 03 2007 Costa L F Cesar Jr R M 2000 Shape Analysis and Classification Theory and Practice CRC Press 659pp Dirks R 2003 Video for Linux Two http www thedirks org v412 visitada em 04 03 2007 Dorfm ller K 1999 Robust Tracking for Augmented Reality using Retroreflective Markers Computers and Graphics v23 p795 800 Goodman J E O Rourke J 2004 Handbook of Discrete and Computational Geometry 2 ed Chapman and Hall CRC Press 1512pp Jack K 2005 Video Demystified A Handbook for Digital Engineer Newne
253. ocessamento uma solu o muito atraente Cabe ressaltar que os PCs atuais principalmente quando possuem placas acelerados de v deo s o capazes de atender os requisitos de processamento de boa parte das aplica es de RV e RA sendo ainda que as ltimas tecnologias lan adas como CPUs multi core t m proporcioado muitos avan os Entretato deve se estar atento programa o pois esta deve ser feita de tal maneira que realmente usufrua destes recursos possibilitando o desenvol vimento de pesquisas em laborat rios com poucos recursos dispo n veis 4 2 3 Dispositivos de Entrada Para permitir a manipula o e ou visualiza o dos mundos virtuais os usu rios utilizam dispositivos n o convencionais como capacete de visualiza o luvas trajes mouse rastreadores dentre outros O mouse e o teclado s o os dispositivos mais comuns de entrada de dados em computadores T m a vantagem de serem bem conhecidos por usu rios de computadores e f ceis de encontrar configurar e programar Para a maior parte das aplica es de RV e RA no entanto s o pouco pr ticos provendo uma forma n o intui tiva de manipula o do mundo e restringindo o usu rio a uma mesa fixa e entradas bidimensionais 19 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es O pr ximo dispositivo mais comum o joystick Um exem plo de aplica o que geralmente o utilizar s o os simladores de v o por assemelhar se ao contr
254. ografia digital imagem parada determina se qual o tempo de exposi o dos fotossensores a uma cena Para imagens em movimento este tempo de exposic o deve ser suficientemente pequeno para que outra imagem seja obtida com a sensibilidade desejada Esta superf cie geralmente n o seria muito til sem um conjunto ptico associado isto sem um conjunto de lentes Estas lentes permitem selecionar quais f tons provenientes da cena real devem cair sobre os fotossensores As lentes portanto funcionam como filtros que selecionam qual parte da cena ser privilegiada na Intera o com a c mera A Figura 2 1 ilustra a geometria intr nseca de uma c mera Todos os par metros intr nsecos c mera s o aqueles relacionados s caracter sticas do instrumento Portanto somente conhecer tais par metros n o basta Se quisermos resolver o problema proposto por este trabalho esta ou estas c mera deve mergulhar ou flutuar em uma cena 3D isto um plano 2D deve mergulhar em um espa o 3D O posicionamento da c mera no espa o 3D gera um outro conjunto de par metros que n o mais depende do Instrumento mas sim de uma opera o que altere sua posi o e sua pose Isto sua orienta o no espa o 3D Considerando ent o um espa o euclideano cujos eixos dimensionais chamaremos de Xw Yw e Zw poss vel estabelecer pelo menos dois sistemas de coordenadas aquele que toma como refer ncia a c mera e um outro arbitr r
255. ojeto e Aplicac es Resumo Este Cap tulo tem como objetivo apresentar os principais conceitos relacionados ao projeto e implementacdo de Sistemas Distribu dos de Realidade Virtual e Aumentada Relacionado ao projeto s o apresentados fatores que devem ser considerados quando da defini o do ambiente S o discutidas as poss veis modalidades de implementa o bem como os fatores que podem ter impacto no perfeito funcionamento Sobre a implementa o s o destacados os modelos de comunica o os protocolos envolvidos as formas de implementa o e os indicativos que podem ser utilizados para avaliar o desempenho 7 1 Introdu o Em virtude da expans o e do desenvolvimento tecnol gico das redes de comunica o a concep o e implementa o de sistemas que t m o aspecto distribu do e ou compartilhado como principal agente motivador tem crescido Atualmente poss vel utilizar se da rede para diversas atividades incluindo neg cios entretenimento e dissemina o de conhecimento entre outros Dentro desse contexto a utiliza o da Realidade Virtual RV e da Realidade Aumentada RA de forma distribu da tem exigido estudos e discuss es a respeito dos fatores que podem ser levados em considera o para atingir o sucesso no desenvolvimento de tais tipos de ambiente interessante destacar que tais fatores devem ser considerados tanto para o uso dos modelos de comunica o comuns face s aplica es cotidi
256. ole real de uma aeronave H uma infinidade de modelos e tipos gamepads por exemplo s o muito pr ticos para navega o em ambientes virtuais que sejam relativa mente planos Um dispositivo que costuma estar associado RV o de luvas com sensores das quais h v rios modelos com sensibilida des a movimentos distintos a maioria n o requer calibragem Lu vas t m a desvantagem de n o serem muito confort veis e provoca rem fadiga dos bra os j que os movimentos se tornam mais livres quando os usu rios mant m as m os frente do corpo Outra des vantagem est na necessidade de treinamento dos usu rios para us las preciso memorizar posi es e movimentos dos dedos e das m os Usu rios treinados no entanto conseguem manipular objetos virtuais facilmente Para suprir estas restri es foram criados os dispositivos h pticos nos quais os usu rios podem tocar e sentir os objetos vir tuais sendo ent o especialmente teis para real ar a informa o visual como por exemplo numa tela de c digos em Braille Estes dispositivos possuem sensores que monitoram as a es dos usu rios e atuadores que aplicam vibra es ou press es em alguma par te do corpo deles Eles s o capazes de atuar tanto como dispositi vos de entrada quanto de sa da Quando atuando como dispositivos de entrada a princ pio t m como objetivo detectar a posi o e ori enta o dos usu rios Como exemplo de tais dispositivos pod
257. olkit a matriz que transforma o sistema de coordenadas cuja origem o centro de proje o da c mera no sistema de coordenadas com origem no centro do marcador calculada pela fun o arGet TransMat Para resolver o problema deste trabalho preciso para cada c mera encontrar a representa o dos pontos correspondentes ao centro de proje o Pc e Pc e proje o do objeto na imagem Py e Pp Desta maneira residindo em um sistema de coordenadas nico est o as duas retas cujo cruzamento seria a posi o procurada 39 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es P 7 0 0 0 Figura 2 7 Modelo de projec o binocular com um ponto de refer ncia comum calculado a partir de um marcador Pu Na verdade n o t o simples assim pois se estiv ssemos procurando este cruzamento seria pouco prov vel encontr lo pois dificilmente conseguir amos um posicionamento de c meras que obedecesse restri o epipolar Por isso o que poss vel calcular a dist ncia di veja Figura 2 6 entre as duas retas Esta dist ncia ser tanto melhor quanto menor e ainda pode ser utilizada como uma indica o de qualidade do rastreamento Para calcular d preciso recorrer a dois pontos da reta o e dois de o representados aqui como vetores Um dos vetores em p pode ser Pci p e o outro Pr p Analogamente para p Pc p e Pp p podem ser os vetores utilizados Goodman et
258. ompletas etc e toler ncia lat ncia nos jogos eletr nicos tende a ser maior do que em ambientes virtuais multi usu rios e os sistemas de comunica o em redes dos game engines s o feitos de acordo com este fato Portanto pode ser necess rio avaliar o desempenho do game engine caso seja utilizado para este tipo de aplica o e Os sistemas de colis o e simula o f sica utilizados nos game engines buscam gerar resultados visualmente corretos Ao se utilizar tais sistemas em aplica es de RV e RA envolvendo simula o deve se avaliar se os resultados s o adequados fatores como confiabilidade e precis o Em resumo os game engines possuem algumas caracter sticas que os tornam semelhantes aos toolkits para 201 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es aplica es de Realidade Virtual No entanto sua implementa o direcionada para o desenvolvimento de JE e portanto seu uso em aplica es de RV e RA requer uma avalia o cuidadosa das caracter sticas do game engine 10 2 3 Interfaces Tang veis Influenciados pelo surgimento de duas novas tecnologias promissoras a Realidade Aumentada e a Computa o Ub qua Ishii e Ullmer 1997 definiram um novo tipo de interface homem m quina muito mais ligada ao mundo f sico assim como RA e Computa o Ub qua a Interface Tang vel TUI Tangible User Interface Esta interface se baseia no princ pio da utiliza o de I
259. onceitos Projeto e Aplicac es contr rio W o n mero de pixels na largura H o n mero de pixels na altura void redTracking ARUi nt 8 imPtr int rsPtr int W int H LIE Ta 5 double mx my nv lt H j lt 4 W 424 int sr int imPtr i j 4 W 2 int sg int imPtr i j 4 W 1 int sb int imPtr i j 4 W if sr gt 1 6 sg amp amp sr gt 1 6 sb amp amp sr gt 100 rsPtr i 4 W 255 else rsPtr i 4 W C digo 2 1 C digo de uma fun o para identificar pixels vermelhos na mem ria do quadro adquirida com a biblioteca DSVideoLib Perceba que esta fun o pressup e que a imagem ter 4 bytes por pixel e tamb m que os bytes est o dispostos na ordem BGRA O canal A ignorado e o crit rio ad hoc para reconhecer um pixel como vermelho que o valor do canal R deve ser maior que 100 cada canal pode assumir valores entre 0 e 255 e este mesmo valor deve ser 1 6 vezes maior que os canais G e B O que o C digo 2 1 realiza a classificac o dos pixels de uma imagem como vermelhos ou n o No entanto para reconhecer um objeto da cena que est sendo projetada nesta imagem conveniente determinar uma representa o para este objeto Se o objetivo for reconhecer um objeto pontual vermelho a representa o mais conveniente um ponto nico ou seja 32 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es buscamos aqui a posi o de um pixel de
260. or computador no ambiente de realidade aumentada o usu rio mant m o sentido de presen a no mundo real enquanto que na realidade virtual a sensa o visual 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 usu rio ao mundo virtual 1 2 4 Hiper realidade O pr ximo passo da evolu o das interfaces incrementar a combina o do mundo real com o mundo virtual atrav s de novos 11 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es elementos e comportamentos para facilitar e potencializar a Intera o do usu rio com os recursos que ele necessita no dia a dia Nesse contexto surge o conceito de hiper realidade Tiffin 2001 cuja defini o a seguinte hiper realidade a capacidade tecnol gica de combinar realidade virtual realidade f sica Intelig ncia artificial e intelig ncia humana integrando as de forma natural para acesso do usu rio Ambientes de hiper realidade permitir o que habitantes reais interajam com habitantes remotamente localizados bem como com objetos ou formas de vida imagin rias ou artificiais gerados por computador em um mundo misturado Esse mundo ser formado por pessoas animais insetos plantas terrenos constru es e objetos virtuais Inteligentes todos integrados Com a vis o do mundo misturado cada usu rio poder en
261. orative Enterprise WETICE 97 IEEE Computer Society p 179 186 147 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Comer D E 1998 Interligac o em rede com TCP IP Principios protocolos e arquitetura Rio de Janeiro Editora Campus Corba 2001 Common Object Request Broker Architecture Dispon vel em lt http www corba org gt Dahmann J S Fujimoto R M Weatherly R M 1997 The department of defese high level architecture In Winter Simulation Conference Dispon vel em http www cc gatech edu computing pads PAPERS DOD Hig h Level Arch pdf gt Acesso em 04 mar 2003 Deriggi Jr F V 1998 Suporte de Comunica o para Sistemas Distribu dos de Realidade Virtual Disserta o Mestrado UFSCar Agosto Deriggi Jr F Kubo M M Sementille A C Santos S G Brega J R F Kirner C 1999 CORBA Platform as Support for Distributed Virtual Environment In Proc of the IEEE VR Diehl S 2001 Distributed Virtual Worlds Foundations and Implementation Techniques Using VRML Java and Corba Verlag Berlin Heidelberg Springer Greenhalgh C 1996a Approaches to Distributed Virtual Reality Systems Relat rio T cnico NOTTCS TR 96 5 Universidade de Nottingham Greenhalgh C 1996b Supporting Complexity in Distributed Virtual Reality Systems Relatorio T cnico NOTTCS TR 96 6 Universidade de Nottingham Greenhalgh C Benford S 1995 MASSIVE A Collabor
262. ormalmente necess ria a combina o de v rias t cnicas de registro para trat lo Um conhecimento pr vio do ambiente seja na forma de um modelo 3D ou planta em 2D bem como o uso de GPS s o constantes na implementa o desses jogos eletr nicos normalmente auxiliadas por t cnicas de vis o computacional ou sensores de movimento e orienta o Em rela o jogabilidade a met fora f sica prevalece nos jogos para grandes reas Uma das maiores motiva es para esses Jogos justamente trazer um jogo eletr nico para o mundo real e interagir de acordo Sendo assim para deslocar se ou mudar seu ponto de vista em um desses jogos o jogador anda corre pula ou vira a cabe a na realidade e assim por diante J os jogos projetados para reas menores e delimitadas podem fazer uso de diversas op es de tecnologia para sua implementa o Enquanto HMDs s o comuns a composi o das Imagens real e virtual por v deo t o comum quanto a tica ao contr rio dos jogos para grandes reas e monitores e projetores em 208 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es diversas configura es tamb m s o largamente utilizados Raramente h a necessidade de se usar computadores port teis ou vest veis e a tarefa de registro pode ser feita de forma mais simples utilizando se uma nica t cnica isoladamente normalmente vis o computacional muitas vezes com c meras em posi es fixas e conhecidas m
263. ortante quando da implementa o de 57 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es t cnicas de manipula o 3D como indicar um evento de sele o ou manipula o A dificuldade aumenta quando o ambiente possui intersec es entre objetos Por isso importante que o sistema forneca algum tipo de retorno para o usu rio que pode ser gr fico auditivo ou t til de forma que o mesmo saiba quando um objeto est selecionado e pronto para ser manipulado DEMEditor Three Dimensional Visualization 162 68 Y 38 12 Z2 73 78 a b C d Figura 3 1 DemtEditor t cnica Widgets 3D para manipulac o 3D de objetos em aplicacoes desktop Imagem cortesia Grupo de Pesquisa em Realidade Virtual e Multim dia da Universidade Federal de Pernambuco 2006 58 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Exemplos cl ssicos de retorno visual sao o avatar da mao virtual e o avatar caneta que representam a mao do usu rio manipulando objetos na cena ou ent o uma caneta que pode ser usada para apontar para o objeto em questao Uma abordagem bastante utilizada na implementa o de t cnicas para manipula o a que especifica que o sistema possui uma lista dos objetos selecion veis o que impede a sele o de objetos que n o podem ser manipulados pelo usu rio A integra o da t cnica de sele o com a de manipula o tamb m uma quest o de implementa o important
264. os Projeto e Aplicac es Atualmente ainda nao existe um consenso na literatura sobre como estas t cnicas de interac o devam ser adequadamente classificadas No entanto alguns autores publicaram propostas de classifica es tais como Trevisan 2002 Bowman 2004 e Broll 2005 Nesta se o ser o ilustradas algumas t cnicas de intera o amplamente empregadas em aplica es de AR e ser tra ado um paralelo com suas classifica es correspondentes em VR 3 2 5 1 Interfaces Tang veis Da mesma forma que as t cnicas de intera o para manipula o utilizadas em VR permitem ao usu rio selecionar e manipular objetos virtuais em AR tem se as Interfaces tang veis Esta t cnica permite a manipula o de objetos virtuais atrav s da manipula o de objetos reais Em interfaces tang veis os usu rios manipulam objetos f sicos ferramentas superf cies ou espa os para interagir com as aplica es A forma como os usu rios manipulam os objetos reais natural e intuitiva Em sistemas de AR os objetos f sicos s o mapeados usando se uma fun o um para um com opera es sobre objetos virtuais Para ilustrar pode se assumir como exemplo uma aplica o que disponibiliza um servi o de leil o virtual no qual o usu rio interage utilizando um cubo tang vel Teichrieb et al 2007 Em leil es reais o arrematador provavelmente desejar ver o lote ou alguns de seus itens antes de finalizar o processo de compra E
265. os Projeto e Aplicac es Resumo Realidade Virtual e Realidade Aumentada s o duas reas relacionadas com as novas gera es de interface do usu rio facilitando e potencializando as intera es do usu rio com as aplica es computacionais Este cap tulo apresenta os conceitos de realidade virtual e aumentada mostrando os aspectos de tecnologia projeto e aplica o a serem abordados neste livro 1 1 Introdu o Antes do advento do computador eletr nico com o desenvolvimento do ENIAC em 1945 as pessoas utilizavam interfaces naturais para interagir com o mundo no seu dia a dia usando seus sentidos Em raras ocasi es elas necessitavam Interagir com m quinas apertando bot es ou acionando alavancas O computador eletr nico trouxe um novo processo sofisticado de intera o com as aplica es exigindo conhecimento simb lico abstrato e necessidade de treinamento uma vez que o conhecimento do mundo real j n o era suficiente Apesar dos benef cios da tecnologia a sofistica o das interfaces do usu rio fez com que as pessoas tivessem que se ajustar s m quinas durante muitas d cadas Felizmente os pesquisadores desde o in cio da era dos computadores buscaram maneiras de fazer com que as m quinas se ajustassem s pessoas O que foi se conseguindo com a evolu o das tecnologias de hardware software e telecomunica es Surgiram ent o interfaces de voz Interfaces tang veis interfaces h pticas etc
266. os hapticos pelo fato de nao permitirem perceber objetos e sim mexerem com o equil brio do corpo S o comumente conhecidos como plataformas m veis e sao largamente utilizados pela ind stria do entretenimento na confec o de videogames O VFlight um exemplo destas plataformas e fornece movimenta o em 185 graus VFlight 2007 Outra plataforma utilizada para jogos a X Vector que oferece 360 graus de rota o para os eixos X e Z EnTCo s 2007 A Figura 8 11 mostra uma imagem destas duas plataformas dedicada a jogos Figura 8 11 Plataformas m veis para jogos Fonte VFlight 2007 e EnTCo s 2007 avia o civil por sua vez faz uso destas plataformas h muitos anos para construir simuladores de v o Neste caso a cabine a do pr prio avi o simulado montada sobre uma plataforma m vel composta por sistemas hidr ulicos acionada pelo sistema de RV que gera a simula o Netto et al 2002 8 3 Pacotes de Programa o O controle de dispositivos h pticos depende do uso de pacotes de programa o especificamente desenvolvidos para permitir gerar as 162 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es L cenas h pticas Este processo de gera o semelhante ao de desenvolvimento de uma cena gr fica onde o programador deve definir o mundo 2D ou 3D seus objetos e as propriedades destes A diferen a que estas propriedades n o ir o se referir s caracter sticas visuais do
267. os no ambiente Cada n vel de met fora pode conter v rias met foras Por exemplo a met fora de representa o de informa o pode incluir textos que aparecem no ambiente talvez numa janela de informa o ou texto 3D assim como a informa o mostrada pela cor de objetos A met fora de intera o pode incluir a manipula o direta de objetos tais como sele o e bot es do menu atrav s de controle Experi ncias com RV e computa o gr fica convencional mostram que pode ser interessante mesclar met foras das duas reas facilitando muito a usabilidade do ambiente virtual 96 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Uma vis o geral do processo proposto apresentada na Figura 5 1 As etapas que comp em o processo s o detalhadas a seguir 5 2 1 Engenharia de Requisitos Esta etapa tem como objetivo identificar e descrever as necessidades de informa o do ambiente virtual pretendido Sommerville 1997 Kirner 2004 As principais fases e atividades constantes da etapa s o 4 Elicita o dos Requisitos Envolve a es que visam capturar e registrar as informa es necess rias para o entendimento correto e completo das necessidades e expectativas dos usu rios Para isso importante considerar tr s elementos essenciais e Potenciais usu rios do sistema identificando se aspectos como caracter sticas espec ficas do usuarios por exemplo se j possuem experi ncia com o
268. p sio IX Symposium on Virtual and Augmented Reality Bibliografia 1 Realidade Virtual Realidade Aumentada Kirner Claudio Il Siscoutto Robson ISBN 85 7669 108 6 Indice para cat logo sistem tico 1 Realidade Virtual e Aumentada Ci ncia da Computa o 006 Este livro foi especialmente editado em tiragem limitada a partir de conte dos desenvolvidos para o curso Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplica es apresentado no pr simp sio em 28 de Maio de 2007 associado ao IX Symposium on Virtual and Augmented Reality realizado em Petr polis RJ de 28 a 31 de Maio de 2007 promovido pela Sociedade Brasileira de Computa o e organizado pelo Laborat rio Nacional de Computa o Cient fica LNCC Petr polis RJ 200 7 Sumario Apresentacao e Prefacio Claudio Kirner e Robson Augusto Siscoutto editores Sec o A CONCECIOS 1 5 asec shieew see stewie a D LES Qi 01 1 Fundamentos de Realidade Virtual e Aumentada 02 Claudio Kirner e Robson Augusto Siscoutto 2 Rastreamento ptico para Sistemas de Realidade Virtual e Aumentada iret edo eto o Aes 22 Lu s Augusto Consularo Regina C lia Coelho e Nivaldi Calonego Jr 3 T cnicas de Interac o para Ambientes de Realidade Virtual e JAUImeniadg 5 oreste elo see Met pe ae ERES 52 Judith Kelner e Veronica Teichrieb Se o B Tecnologia e Projeto
269. pende de um bom conhecimento do dom nio da aplica o e da disponibilidade de recursos de hardware e de software al m de recursos financeiros quando se tratar de ferramentas comerciais O cap tulo 6 deste livro faz uma an lise de ferramentas para desenvolvimento de aplica es de realidade virtual e aumentada citando exemplos e potencialidades de uso 1 3 4 Sistemas Distribu dos Aplica es simples de realidade virtual e aumentada costumam ser voltadas a um nico usu rio No entanto a demanda por trabalho colaborativo envolvendo v rios usu rios remotos vem crescendo e exigindo o desenvolvimento de aplica es sobre redes de computadores ou constituindo sistemas distribu dos Em fun o dos requisitos espec ficos das aplica es de realidade virtual e aumentada importante que os ambientes de rede sejam apropriados para dar lhes suporte fornecendo o comportamento esperado pelos usu rios O cap tulo 7 deste livro trata das quest es de sistemas distribu dos de realidade virtual e aumentada considerando seus requisitos e mostrando exemplos aplica es e ferramentas 1 3 5 Dispositivos H pticos Quando se trabalha com ambientes de realidade virtual e aumentada manipulando objetos virtuais sente se falta da sensa o de toque h ptica que imp e mais realismo s aplica es Em alguns casos a sensa o h ptica envolvendo tato e for a pode 16 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto
270. pos de sistemas 224 Aplicac es M dicas usando Realidade Virtual e Realidade Aumentada A conjun o destes avan os impulsiona o crescimento do n mero de experimentos e pesquisas que por sua vez exploram sofisticadas t cnicas de visualiza o incorporando equipamentos espec ficos capazes de gerar nos seus usu rios sensa es semelhantes s do mundo real Este cap tulo discute a utiliza o dos computadores na rea m dica aponta a explora o da Realidade Virtual e Realidade Aumentada RA como tend ncias para esta rea descreve requisitos e equipamentos necess rios para o desenvolvimento dos trabalhos neste dom nio e destaca v rias aplica es Como as quest es ticas associadas s novas tecnologias extrapolam as fronteiras da tecnologia e atingem a sociedade de maneira direta este cap tulo apresenta ainda os valores ticos envolvidos no uso das novas tecnologias na rea medica 11 2 Aplica es caracter sticas requisitos e exemplos As aplica es desenvolvidas para a rea m dica est o inseridas em um contexto que exige ambientes virtuais real sticos e respostas a a es que permitam ao usu rio ter a sensa o de estar vivenciando uma situa o ou procedimento como se fosse de fato real Logo um dos aspectos fundamentais para a utiliza o de ambientes virtuais neste dom nio a necessidade de gera o de sensa es pr ximas s reais ou seja gerar presen a em seus usu rios
271. pp 48 56 Macedonia M R Zyda M J Pratt D R Brutzman D P Barham P T 1995 Exploiting Reality With Multicast Groups IEEE Computer Graphics and Applications V 15 N 9 Newman J Ingram D Hopper A 2001 Augmented Reality in a Wide Area Sentient Environment Proceedings of the 2nd International Symposium on Augmented Reality ISAR 2001 Oliveira J C Shen X Georganas N D 2000 Collaborative Virtual Environment for Industrial Training and e Commerce In Workshop on Application of Virtual Reality Technologies 149 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es for Future Telecommunication Systems IEEE Globecom 2000 Conference Sementille A C 1999 A Utiliza o da Arquitetura CORBA na Constru o de Ambientes Virtuais Distribu dos Tese Doutorado Instituto de F sica de S o Carlos USP S o Carlos 186p Sense8 Corporation 1998 WorldToolKit Reference Manual Release 7 Mill Valley CA Snowdon D Churchill E F Munro A J 2001 Collaborative Virtual Environments Digital Spaces and Places for CSCW An Introduction Springer Verlag Tanenbaum A S 1995 Distributed Operating Systems Prentice Hall Tramberend H 1999 Avocado A Distributed Virtual Reality Framework Proceedings of the IEEE Virtual Reality Houston Texas Wagner D Schmalstieg D 2003 First Steps Towards Handheld Augmented Reality Proceedings of the 7th Internationa
272. presenta o dos avatares e os recursos de visualiza o no espa o 3D podem ampliar a capacidade de entender o que os outros usu rios est o fazendo em que objetos eles est o atuando o que se espera que eles v o fazer em seguida por exemplo se eles est o indo para outro lugar etc Esta capacidade dos CVEs est ligada ao fato deles estarem mais pr ximos da representa o do mundo real do que as aplica es de desktop onde a transmiss o de todas essas Informa es n o t o natural 9 4 Ambientes Colaborativos de Realidade Aumentada Azuma 2001 define um sistema de Realidade Aumentada como sendo aquele que possui as seguintes caracter sticas combina objetos reais e virtuais num ambiente real opera interativamente e 179 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es em tempo real e registra alinha objetos reais e virtuais uns com os outros Uma vez que a RA por defini o fortemente direcionada para a apresenta o e manipula o de objetos virtuais os ambientes prestam se naturalmente ao compartilhamento destes objetos e consequentemente ao suporte Coopera o Figura 9 5 Quando estes objetos s o utilizados para orientar e direcionar o usu rio nas atividades do seu trabalho os sistemas de RA est o provendo suporte Coordena o A Comunica o atrav s de objetos virtuais a menos explorada em ambientes colaborativos de RA pois estes aproveitam as tecnologias j mais e
273. r s m todos para determinar uma colis o entre dois objetos Minimax Voxels e Faces Ponamgi et al 1995 combinaram um algoritmo baseado no uso de volumes limites com aproxima es 243 Aplica es M dicas usando Realidade Virtual e Realidade Aumentada incrementais de suas caracter sticas lados bordas e v rtices para detec o de colis o entre s lidos em ambientes din micos Burdea et al 1999 utilizaram o c lculo de dist ncia entre v rtices para a detec o de colis o entre a superficie de uma pr stata virtual e um dedo virtual Em Machado 2003 a op o adotada foi o refinamento das rotinas de detec o de colis o contidas na biblioteca h ptica GHOST Riquelme 2005 realizou um estudo comparativo dos m todos oferecidos pelas bibliotecas JavasD e WorldToolkit Sense8 2006 para detec o de colis o Observou se que os m todos fornecidos por essas tecnologias n o eram suficientes para uma detec o de colis o com precis o e rapidez e por isso prop s uma nova t cnica que utiliza a equa o do plano para refinar os m todos fornecidos 11 11 Deforma o Como mencionado na se o 11 5 h m todos cl ssicos na literatura para simular deforma o em tecidos flex veis O grande desafio continua sendo a rela o precis o versus tempo de resposta Em aplica es m dicas o conceito de Elementos Finitos foi utilizado em Shi e Yan 2001 que desenvolveram t cnicas para deforma o de o
274. r t rmico Fonte DC Figura 8 3 Esquema de um atuador termoel trico Adaptado de Burdea e Coiffet 2003 p gina 101 Os atuadores vibrat rios por suas vez utilizam pequenos motores el tricos micro auto falantes ou mesmo materiais piezoel tricos Khoudja et al 2004 que emitem vibra es durante o contato com algum objeto Tais atuadores s o encontrados em luvas e em dispositivos 2D como o mouse Figura 8 4a A Figura 8 4b apresenta uma luva dotada de atuadores vibrat rios localizados nas pontas dos dedos e na palma das maos A partir da detecc o dos movimentos por sensores localizados nas juntas 156 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es espalhadas ao longo dos dedos e da mao a luva capaz de retornar as sensa es de tato Burdea e Coiffet 2003 b Figura 8 4 Dispositivos tateis baseados em atuadores vibrat rios a o mouse iFeel e b a luva CyberTouch Fonte http www logitech com e http www immersion com Quando dotados de algum tipo de ponto de apoio os dispositivos para as maos podem oferecer force feedback O ponto de apoio a estrutura respons vel por oferecer resist ncia ao movimento do usu rio Atualmente v rios modelos de luvas s o dotados desta capacidade A diferen a o tipo de componente utilizado para oferecer resist ncia A luva CyberGrasp por exemplo a luva CyberTouch Figura 8 4b adicionada de um exoesqueleto Immersion 2007 Um exoesqu
275. ra o em CVEs Coopera o a dimens o da colabora o mais pr xima dos CVEs Mesmo nos CVEs focados na Comunica o e na Coordena o a Coopera o est sempre materializada no espa o virtual onde 178 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es ocorrem as intera es entre os usu rios Por outro lado poss vel conceber CVEs apenas com servi os de Coopera o como o caso do Walkinside Viewer VRContext 2007 ilustrado na Figura 4 Neste CVE v rios usu rios podem acessar o ambiente virtual na verdade um modelo CAD e navegar por ele sem qualquer recurso de Comunica o ou Coordena o assume se que isto feito por meios externos aplica o como o telefone CVEs trazem novas possibilidades a v rios aspectos essenciais Coopera o tais como a no o de contexto compartilhado e a percep o m tua entre os usu rios Snowdon et al 2001 A no o de contexto compartilhado est relacionada s informa es perceptuais dos objetos e eventos que podem ser explorados e manipulados no espa o de trabalho Por exemplo quando a Coopera o se baseia em artefatos documentos compartilhados por exemplo a visualiza o das altera es nesses artefatos que direciona as a es futuras dos usu rios A percep o est ligada a entender as atividades dos outros para prover o contexto para suas pr prias atividades Dourish e Bellotti 1992 Nesses aspectos a re
276. ra objetos complexos permitindo eliminar reas dos objetos que n o est o em contato 242 Aplicac es M dicas usando Realidade Virtual e Realidade Aumentada Ay VAR a LI hr a rt J i i T am 1 pr E ARRRRER Le Bn tn HEEL ina ki Figura 11 7 Reconstru o por superf cie a partir de imagens mamogr ficas a e b imagens originais c objeto com textura e d objeto wireframe Delfino 2006 O Sullivan et al 2001 apresentam as t cnicas mais comuns a Octrees hierarquias criadas recursivamente subdividindo o volume que cont m um objeto em oito octantes cubos ou esferas e retendo somente aqueles octantes que cont m alguma parte do objeto original b Sphere trees parecida com Octrees esta t cnica envolve os objetos por esferas tendo como vantagem a rota o invari vel c OBB trees consistem no uso de volumes limites orientados com o objeto Oriented Bounding Boxes tendo como vantagem a proximidade com a forma do objeto e d AABB trees volumes limites alinhados aos eixos Axis Aligned Bounding Boxes consistindo em hierarquias mais simples de criar e realizar testes de sobreposi o Especificamente na rea m dica v rios projetos encontrados na literatura buscam uma detec o de colis o precisa e com o menor custo computacional poss vel a partir de refinamentos ou combina o de m todos e algoritmos j existentes Em Garcia Alonso et al 1994 foram utilizados t
277. racional Windows Conti et al 2003 Um outro pacote desenvolvido e comercializado pela empresa ReachIn permite programadores C Phyton ou VRML desenvolverem aplica es sob Windows em rotinas pr definidas ReachIn 2007 163 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es 8 4 Aplica es A necessidade de oferecer sistemas mais realistas fez com que uma s rie de aplica es passassem a ser desenvolvidas utilizando sistemas h pticos Uma das areas que vem utilizando com frequ ncia tais dispositivos a medicina A principal vantagem neste caso que assim torna se poss vel simular procedimentos m dicos com a finalidade de treinar novos profissionais Nestes treinamentos dispositivos h pticos simulam as sensa es sentidas durante a manipula o das ferramentas m dicas e auxiliam na aquisi o de destreza manual por exemplo A Figura 8 12 apresenta uma aplica o desenvolvida pata o treinamento de cirurgias minimamente invasivas Neste tipo de aplica o dois dispositivos h pticos s o utilizados na realiza o de um procedimento laparosc pico Basdogan et al 2004 Figura 8 12 Simula o de laparoscopia Fonte Basdogan et al 2007 e Burdea e Coiffet 2003 pg 300 As engenharias tamb m tem se utilizado dos sistemas h pticos para auxiliar em tarefas de desenvolvimento e de manuten o Na aplica o apresentada por Borro 2004 uma plataforma computacional oferece uma simula
278. ral do uso de ferramentas j existentes para o desenvolvimento de aplica es de Realidade Virtual e Realidade Aumentada Estas ferramentas facilitam a cria o de novas aplica es abstraindo a complexidade do software e reduzindo o tempo de desenvolvimento S o abordados os principais aspectos a serem considerados e buscados nelas o que permite ao desenvolvedor realizar a escolha conforme o seu problema Tamb m s o discutidas as suas principais vantagens e desvantagens tipos de aplica es a que melhor se prestam o perfil do desenvolvedor para utiliz las e suas perspectivas futuras 6 1 Introdu o A necessidade de ferramentas para o desenvolvimento de aplica es de Realidade Virtual RV e Realidade Aumentada RA evidente Estas bibliotecas devem atender os requisitos b sicos de software como usabilidade suporte a novas tecnologias desempenho manutenibilidade toler ncia a falhas portabilidade e reusabilidade Al m disso devem fornecer recursos espec ficos para as reas de RV e RA como suporte a dispositivos de entradas n o convencionais c meras e mouses 3D e gera o de imagens em tempo real Ferramentas de alto n vel evitam a necessidade de conhecimento profundo de material de base como computa o gr fica Interface com o sistema operacional etc permitindo que o desenvolvedor foque apenas no seu aplicativo em si Al m disso promovem o reuso de estruturas e algoritmos comuns para ger ncia do
279. rameworks para RV e RA Com a populariza o de aplicativos de RV e RA frameworks espe cificos comecaram a ser desenvolvidos Esses frameworks apresen tam funcionalidades espec ficas para cada tipo de aplicativo como e Suporte a dispositivos de entrada n o convencionais ras treadores luvas etc de forma abstrata permitindo que novos dis positivos sejam usados sem modifica o ou com poucas modifica es do software e Suporte a dispositivos complexos de sa da por exemplo com m ltiplas sa das de v deo em disposi o arbitr ria algo rara mente suportado por engines 4 3 4 Software de administra o de hardware Sistemas de RV e RA podem se tornar consideravelmente comple XOS e sua administra o deve ser reduzida ao m nimo No mercar do praticamente n o existem softwares que suportem uma vasta gama de dispositivos para RV e RA Geralmente utiliza se o pr prio software do fabricante ou constro se o mesmo no pr prio la borat rio conforme os recursos humanos e de hardware dispon veis O 1deal automatizar todo o poss vel e Ilumina o f cil fazer o controle de ilumina o por computador hoje em dia controlando luzes com um m nimo de eletr nica via porta serial ou paralela e Som controle de volume de todo o sistema unificado e Projetores telas switches de v deo teclado e mouse li gar desligar configurar e chavear por software e Disparo de processos de maneira simpl
280. re os vetores diferen a que direcionam r e p devem ser nulos assim como os que direcionam re o Vai Di Pr p P Pr Yn Pir Pi 10 Manipulando algebricamente a expressao resultante da substitui o de 8 em 9 e assumindo os tr s vetores obtidos pela diferen a entre os pontos das retas p e o em 10 poss vel chegar ao valor de ma conforme 11 ED D C8 DRE I2 T ODER 33D G5 DEL T O valor de m obtido a partir do valor de m e tamb m dos vetores diferen a em 10 como pode ser visto em 12 ai 359 12 22 Wa Va M Vi Vor 12 b 2220 222 V5 Vo Uma vez obtidos m e mp para encontrar p e p basta apenas substitui los em 8 O valor de di nada mais que o tamanho ou m dulo do vetor p p como est mostrado em 13 di P 5 4G Pp Ba By 13 Ao final as coordenadas do objeto pontual rastreado podem ser escolhidas como sendo p ou p ou ainda o ponto m dio 2 3 2 Considera es sobre Calibra o de Cameras Cameras sao dispositivos totalmente dependentes de instrumentos pticos que por suas caracter sticas de fabrica o ou por sua intera o com o operador ou ainda pelas condi es ambientais podem distorcer a proje o sobre a superf cie fotossensorial Na tentativa de corrigir estas distor es a forma o da imagem sobre 42 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es as cameras 1d
281. re que est sendo criado e opinar sobre poss veis melhorias e Gerar um sistema que possa ser utiliz vel e de f cil manuten o em um per odo de tempo adequado e a custos aceit veis A realiza o dos objetivos buscados requer principalmente 93 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es e Que os projetistas saibam quem ser o os usu rios identificando os em termos de atitudes comportamentos e necessidades e Que a equipe de desenvolvimento atue em conjunto com OS usuarios e Que os prot tipos sejam criados rapidamente avaliados pelos usu rios e consecutivamente corrigidos refinados e melhorados O objetivo do presente cap tulo portanto apresentar um processo de desenvolvimento de ambientes virtuais definido e sistematizado atrav s de um conjunto de etapas fases e atividades A se o 5 2 descreve o processo de desenvolvimento proposto a sec o 5 3 indica alguns ambientes virtuais desenvolvidos sob a tica do processo descrito e por fim a se o 5 4 apresenta as conclusoes do trabalho 5 2 Processo de Desenvolvimento de Ambientes Virtuais 5 2 1 Exig ncias O processo de desenvolvimento de software para aplica es de realidade virtual baseia se em duas exig ncias essenciais Stuart 1996 e O ambiente virtual e sua interface devem ser adaptados para a tarefa isto esta exig ncia est inserida no reconhecimento do fato de que a imers o no ambiente tridimension
282. recer sensa es de tato e force feedback Uma das vantagens deles 159 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es permitir movimentos com 6DOF bastante adequados a aplica es com visualiza o estereosc pica O Phantom Personal Haptic Interface Mechanism da empresa Sensable um deles Este dispositivo composto por uma base qual est atrelado o bra o mec nico e cuja extremidade assemelha se a uma caneta Dispon vel em diferentes vers es Figura 8 8 utiliza potenciom tros para oferecer force feedback com diferentes intensidades em 3 transla es ou 6 graus transla es rota es Massie e Salisbury 1994 Sua popularidade deve se sua empunhadura que permite naturalmente simular diversos instrumentos puntiformes Princ pio similar de funcionamento usado na CyberForce que acoplado luva CyberTouch CyberGrasp permite reconhecer objetos com tato e force feedback para as m os e para o bra o Immersion 2006 Figura 8 8 Duas vers es do dispositivo PHANToM Omni e Desktop 1 0 Fonte fotos da autora Cabos met licos s o utilizados em outros dispositivos para tamb m oferecer force feeback Nesta categoria um pequeno objeto conectado a cabos no interior de uma molduta Estes cabos s o atrelados a polias e s o tenstonados conforme os movimentos do usu rio A posi o do objeto identificada a partir do comprimento de cada cabo Um dispositivo desta categoria
283. res limitantes para aplica es de Realidade Virtual Segundo Wloka 1995 as principais fontes de atraso encontradas em sistemas de RV sao atraso de dispositivos de entrada do usu rio atraso do processamento atraso de sintetiza o atraso de sincroniza o e atraso induzido pela taxa de quadros por segundo Al m desses fatores a escalabilidade Tanenbaum 1995 um outro ponto a ser analisado Ela consiste em se analisar a capacidade de crescimento de um sistema em termos de usu rios conectados ao mundo Quanto maior a quantidade de usu rios maiores ser o as dificuldades de gerenciamento do mundo e por consequ ncia o sistema fica sujeito a atrasos empobrecendo o desempenho 7 4 Ambientes Virtuais Distribu dos de RV e RA e os Dispositivos M veis Com o advento e a propaga o das redes wireless e dos dispositivos m veis v rias aplica es de RV e principalmente RA t m surgido com suporte dessa tecnologia Segundo Wagner e Schmalstieg 2003 a RA um complemento natural computa o m vel uma vez que sistemas de RA m veis podem ajudar o usu rio em diversas situa es Nesse sentido os autores destacam diversos projetos como o MARS Mobile Augmented Reality Systems H llerer et al 1999 que permite o usuario caminhar livremente com todo o equipamento colocado nas suas costas e o Bat System Newman at al 2001 pertencente a AT amp T 146 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Apl
284. s As t cnicas de intera o para manipula o 3D s o Apontamento Manipula o Direta Mundo em Miniatura Agrega o e Integra o e Manipula o 3D para Desktop Cada uma destas categorias possui v rias t cnicas associadas As caracter sticas destas t cnicas s o detalhadamente descritas em Bastos 2006 A Figura 3 1 apresenta a ferramenta DEMEditor uma aplica o que permite a visualiza o manipula o e edi o de superf cies 2D 3D constru das a partir de dados de sensoriamento remoto coletados por radar Teichrieb e Kelner 2004 Esta ferramenta utiliza a t cnica Widgets 3D descrita em Bastos et al 2006 como forma de intera o com um dos objetos que comp e o cen rio um holofote mostrado no canto inferior direito da figura Quando o holofote selecionado o widget se torna vis vel podendo ser transladado e sua dire o ou rea de Ilumina o pode ser modificada A Figura 3 1a ilustra o holofote apagado a caixa branca ao seu redor da Figura 3 1b c e d significa que o usu rio selecionou o holofote e o acendeu Os ret ngulos Figura 3 1b c rculos Figura 3 1c e eixos Figura 3 1d vermelhos indicam que o holofote foi selecionado no modo de transla o rota o e escala respectivamente de forma que o mesmo pode ser transladado para qualquer lugar no ambiente virtual ou rotacionado em alguma dire o ou escalado 3 2 1 1 Considera es sobre Implementa o Uma quest o bastante imp
285. s medida que o trabalho progride Apesar da crescente popularidade sistemas colaborativos de RV e RA ainda apresentam uma s rie de desafios em seu desenvolvimento Entre esses desafios podem ser mencionados os problemas relacionados ao gerenciamento de recursos de rede ao processamento gr fico em tempo real e sincroniza o de vis o em aplica es multi usu rios por exemplo manuten o de consist ncia do estado de objetos compartilhados entre os usu rios Existem tamb m as dificuldades espec ficas de RV e RA Em RV por exemplo h a dificuldade de se manipular os objetos do mundo virtual e a necessidade de se criar avatares realistas para ampliar tanto a capacidade de comunica o entre os participantes quanto o sentimento de presen a no grupo Em RA por exemplo h o problema da precis o de registro 1 e alinhamento preciso dos objetos virtuais sobre os objetos reais e do desenvolvimento de dispositivos de apresenta o para misturar os objetos virtuais e reais Filippo et al 2005 Somado a tudo isso h tamb m as dificuldades espec ficas da rea de aplica o tais como a Integra o com grandes bases de dados por exemplo para as informa es geogr ficas de simula es militares e quest es de seguran a para aplica es de com rcio eletr nico por exemplo Normalmente a literatura de ambientes virtuais colaborativos enfoca os problemas ligados infra estrutura 174 Realidade Virtual
286. s 927pp Johnson G 2007 How to make a webcam work in infrared http www hoagieshouse com IR visitada em 04 03 2007 Kato H B Mark 1999 Marker Tracking and HMD Calibration for a Video based Augmented Reality Conferencing System Proceedings of the 2 IEEE and ACM International Workshop on Augmented Reality p85 94 Lamb P 2006 ARToolKit Documentation http artoolkit sourceforge net apidoc visitada em 04 03 2007 50 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Lamb P 2007 ARToolKit Developer Page http source forge net projects artoolkit visitada em 04 03 2007 Lamb P 2007 ARToolKit Home Page http www hitl washington edu artoolkit visitada em 04 03 2007 Ma Y Soatto S Kosecka J Sastry S 2004 An Invitation to 3D Vision From Images to Geometric Models Springer 526pp Pintaric T 2003 DSVideoLib http sourceforge net projects dsvideolib visitada em 04 03 2007 Point Grey Research 2006 Dragonfly Express http www pt grey com products dx visitada em 04 03 2007 Poynton C 1995 A Guided Tour of Color Space Proceedings of the SMPTE Advanced Television and Electronic Imaging Conference p165 170 Reitinger B Bornik A Beichel R Werkgartner G Sorantin E 2004 Augmented Reality based Measurement Tools for Liver Surgery Planning Bildverarbeitung f r die Medizin BVM Spri
287. s Dez p 779 785 Holm R Priglinger M Stauder E Volkert J Wagner R 2002 A Combined Immersive and Desktop Authoring Tool for Virtual Environments IEEE Virtual Reality 2002 USA pp 93 100 Inami M Kawakami N Sekiguchi D Yanagida Y 2000 Visuo Haptic Display Using Head Mounted Projector IEEE Virtual Reality 2000 USA pp 233 240 Kaufmann H 2006 The potential of augmented reality in dynamic geometry education 12th International Conference On Geometry and Graphics ISGG Ago 6 10 Salvador Brasil 188 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Kitamura Y Konishi T Yamamoto S Kishino F 2001 Interactive stereoscopic display for three or more users Computer Graphics SIGGRAPH 2001 Proceedings v 35 pp 231 239 Macedonia M R Zyda M J 1997 A Taxonomy for Networked Virtual Environments IEEE Multimedia vol 4 n 1 Jan Mar pp 48 56 Capps M McDowell P Zyda M 2001 A future for entertainment defense research collaboration IEEE Computer Graphics and Applications v 21 n 1 pp 37 43 Milgram P Kishino F 1994 A taxonomy of mixed reality visual displays IEICE Transactions on Information Systems v E77 D n 12 Dez pp 1321 1329 Mulder J D Boschker B R 2004 A Modular System for Collaborative Desktop VR AR with a Shared Workspace IEEE Conference on Virtual Reality VR 04 Amsterdam pp 75 82
288. s FPS a mera locomo o no jogo e a aquisi o de equipamentos podem ter obst culos complexos puzzles s o comuns fazendo com que muitos desses jogos sejam classificados como action adventure e Aventura Jogos eletr nicos em que o principal obst culo s o puzzles e onde o elemento de a o quase inexistente Normalmente o desenrolar do jogo conta uma hist ria e essa hist ria costuma ser um dos maiores atrativos desses jogos bastante linear 197 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es interessante notar que um dos principais fatores para essa classifica o parece ser o tipo de desafio ou obst culo que o jogador deve enfrentar S o comuns classifica es que s o combina es dessas como Action RPG ou o ja mencionado Action Adventure Outras classifica es s o feitas com rela o plataforma do jogo computador consoles espec ficos jogos para celular ou sua finalidade jogos para treinamento jogos educativos advergames para divulga o de produtos ou conceitos etc Outro conceito relacionado e que raramente tratado com rigor o da jogabilidade Para o escopo deste texto considera se como sendo o an logo da usabilidade no contexto dos jogos Ou seja como a usabilidade a capacidade de um sistema computacional de atender as metas dos seus usuarios a jogabilidade a capacidade do jogo eletr nico de atender s metas normalmente de entretenimento
289. s que surjam durante o processo de an lise E por fim apontada a intera o associativa que permite o acesso relacionado dos dados em diferentes t cnicas de visualiza o 12 4 Visualiza o de Informa o com Realidade Virtual Existem diversas tecnologias aplic veis rea de Visualiza o de Informa o e a Realidade Virtual vem se destacando nesse sentido Esta express o possui diversas defini es devido sua natureza interdisciplinar e a sua evolu o Segundo Kirner 1997 pode se definir Realidade Virtual como uma forma das pessoas 262 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es visualizarem manipularem e interagirem com computadores e dados extremamente complexos na qual id ias como imers o Intera o e envolvimento com o ambiente virtual s o consideradas b sicas e fundamentais Uma das principais vantagens desta tecnologia o envolvimento amplo de sentidos do ser humano na Intera o homem m quina Sendo assim um dos seus principais diferenciais o seu avan ado modo de Intera o Abaixo s o descritos alguns exemplos da aplica o da Realidade Virtual na Visualiza o de Informa o Ferramenta Colaborativa para Visualiza o Tridimensional de Dados Desenvolvida pelo Centro Universit rio do Par em conjunto a Universidade Federal do Par a Ferramenta Colaborativa para Visualiza o Tridimensional de Dados Sousa Junior 2006 tem como fun o criar um
290. s em JE os usu rios se disp em com mais facilidade a lidar com met foras e tecnologias de interface mesmo quando ainda em est gio de prot tipo e certamente com problemas Al m disso a popularidade dos jogos auxilia na divulga o da nova tecnologia A principal classifica o de jogos em realidade aumentada proposta nesse trabalho refere se rea de jogo separando os que fazem uso de grandes reas os que precisam de reas limitadas e preparadas e os que se aproveitam da mobilidade de dispositivos 207 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es como celulares ou PDAs As caracter sticas principalmente o tamanho da rea em que se passa um jogo em realidade aumentada t m grande influ ncia nao s em sua jogabilidade como na tecnologia usada em sua implementa o Jogos projetados para reas relativamente grandes muitas vezes chamados jogos outdoor como um campus universit rio ou um grande edif cio dependem de computadores vest veis normalmente carregados nas costas dos jogadores em uma montagem especial similar a uma mochila A sa da gr fica normalmente realizada atrav s de HMDs port teis e mais vi veis do que distribuir monitores ou projetores em grandes reas Al m disso esses HMDs normalmente sao do tipo semi transparente por raz es de seguran a Um dos problemas mais complexos em realidade aumentada o registro torna se ainda mais desafiador em grandes reas e n
291. s lenticulares proporcionam ganho na luminosidade da ima gem gerando ent o uma proje o tima mesmo mantendo se a Ilumina o do ambiente No caso em que se utiliza proje o com estereoscopia passiva por polariza o ainda necess rio utilizar telas especiais que n o alterem a polariza o da luz nelas projeta das Enquanto a vis o oferece aos usu rios uma percep o do espa o visual sua frente em um ngulo m ximo de 180 a audi o permite a eles a obter informa es do ambiente em 360 al m de alguma informa o de altura relativa Tanto a vis o quanto a audi o compartilham o mesmo objetivo numa simula o que o de enganar o c rebro j que em um sistema de som 3D perfeito n o poss vel diferenciar realidade e simula o Quando o c rebro recebe o som vindo de qualquer dire o ele processa as caracter s ticas deste som a fim de determinar e ou localizar a fonte sonora A localiza o espacial que d ao som o aspecto tridimensional sen do por isso conhecido como som 3D ou som espacial O som pode agregar diversas informa es como por e xemplo distancia do objeto pelo volume da emiss o localiza o 84 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es do objeto pela diferen a do som recebido pelos dois ouvidos tipo de objeto pelo timbre do som e tamanho do ambiente pela sua caracter stica de reverbera o Assim estimular a audi o nas simu
292. s recursos utilizados Este cap tulo contribui inicialmente com 109 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es uma vis o clara dos principais itens a serem analisados nas ferramentas de desenvolvimento de RV e RA como por exemplo quest es de desempenho escalabilidade facilidade de uso expans o documenta o e exemplos dispon veis Em seguida as ferramentas mais populares na rea ser o avaliadas e comentadas incluindo Blender Panda3D Ogre ARtoolKit e ARtoolKit Plus entre outras Cada uma das ferramentas apresentadas ser analisada conforme os itens desej veis em tais ferramentas Para que o leitor tenha uma no o do que cada uma delas capaz Ao terminar a leitura deste cap tulo o leitor estar apto a fazer uma escolha consciente da ferramenta mais apropriada para sua pesquisa A Figura 6 1 mostra uma vis o geral da hierarquia das principais ferramentas de desenvolvimento Esta hierarquia composta de sistemas operacionais bibliotecas de comunica o e sincroniza o utilizadas somente em aplica es distribu das bibliotecas e pacotes gr ficos cole o de classes que oferecem um conjunto de servi os e pacotes desenvolvimento conjunto de softwares e demais artefatos usados para criar as aplica es Nota se que existe uma vasta gama de op es dispon veis para cada um dos graus da hierarquia e que essas op es podem ser combinadas para criar um aplicativo Todas as op
293. s sobre os objetos virtuais em tempo real Normalmente OS atrasos admiss veis para que o ser humano tenha a sensa o de intera o em tempo real estao em torno de 100 milisegundos tanto para a vis o quanto para as rea es de tato for a e audi o Isto imp e um compromisso do sistema processadores software dispositivos complexidade do ambiente virtual tipo de intera o etc em funcionar com taxas m nimas de 10 quadros por segundo na renderiza o das imagens sendo desejado algo em torno de 20 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es quadros por segundo para suportar melhor as cenas animadas e de 100 milisegundos de atraso nas rea es aos comandos do usu rio Assim a complexidade do mundo virtual os dispositivos usados o software e a configura o do sistema devem ser ajustados para funcionar com as taxas m nimas de renderiza o e rea o Existem muitas defini es de realidade virtual envolvendo diversos aspectos Burdea 1994 Vince 1995 2004 Kirner 1996 Sherman 2003 Uma defini o sintetizando as v rias considerando as discuss es apresentadas at agora a seguinte Realidade virtual uma interface avan ada para aplica es computacionais que permite ao usu rio navegar e interagir em tempo real com um ambiente tridimensional gerado por computador usando dispositivos multisensoriais Apesar da realidade virtual tamb m usar m ltiplas m dias ela e
294. s tridimensionais apresentadas pelo sistema poss vel visualizar gr ficos 2D que tem como objetivo auxiliar o usu rio com novas Informa es sobre os dados que est o sendo visualizados Existem dois tipos de gr ficos bidimensionais em formato pizza e no modelo de histograma A Figura 12 4 elucida o ambiente da aplica o 268 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es K Objeio Selecionada ce dadas da Visualiza o ic Envoltura Wiretrame Percent agens sobra Figura 12 4 Interface do Sistema Meiguins 2006 DataVis AR Desenvolvido pela Universidade Metodista de Piracicaba o DataVis AR Data Visualization Virtual Environment Using Augmented Reality Buk 2005 um sistema interativo de visualiza o de dados com Realidade Aumentada que utiliza como ferramenta de apoio o software ARToolKit O DataVis AR permite a an lise de diferentes tipos de dados por meio de representa es gr ficas O software pode ser configurado de acordo com a necessidade do usu rio al m de possuir um m dulo de controle que permite a manipula o de dados no mundo real Para isto basta apenas posicionar um marcador pr cadastrado no campo de vis o da c mera e visualizar as informa es virtuais no ambiente A Figura 12 5 apresenta o ambiente desta aplica o 269 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Figura 12 5 Interface do DataVis AR Buk 2005 MetasD
295. samento das imagens 4 2 4 Dispositivos de Sa da O sentido humano mais estimulado por ambientes de RV e RA a vis o Nossa percep o tridimensional gerada a partir de diversas informa es recebidas por nossos olhos combinadas com informa es auditivas que prov em informa o espacial mais limitada Isso poss vel porque esses sistemas utilizam o fato de que cada um dos olhos dos usu rios serem afastados um do outro disparida de binocular de forma que a imagem de cada olho ligeiramente diferente da do outro Estas imagens s o combinadas no c rebro e compreendidas com caracter sticas de profundidade dist ncia po si o e tamanho As informa es mais importantes s o a paralaxe estereosc pica ou seja ver perspectivas diferentes com cada um de nossos olhos e a paralaxe de movimento que consiste em ver ima gens diferentes quando movemos nossas cabe as estereoscopia acrescenta a dimens o de profundidade s telas de proje o dos mundos virtuais e consequentemente torna os mais pr ximos e realistas da forma que os usu rios os v em no mundo real no caso de aplica es de RV permitindo visualizar objetos 3D no mundo real no caso de aplica es de RA Enquanto a paralaxe de movimento gerada pelo aplicativo gr fico a paralaxe estereosc pica ou simplesmente estereoscopia requer suporte do sistema projetor para conseguir apresentar uma imagem diferente para cada olho Na pr tica ilude se
296. sensa es como 153 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es temperatura press o ou vibra es e depende da sensibilidade cut nea Esta sensibilidade varia de acordo com a regi o utilizada para realizar o contato Por exemplo sabe se que a ponta dos dedos possui uma elevada capacidade de reconhecer detalhes superior palma das m os Seow 1988 devido quantidade de receptores nela localizados A cinestesia por sua vez refere se percepc o das tens es aplicadas aos m sculos e juntas Esta percep o tamb m chamada de propriocep o ou force feedback retorno de for a Sherman e Craig 2003 e permite identificar a rigidez de objetos No ser humano as sensa es de tato e force feedback n o podem ser separadas mas o mesmo n o acontece com os equipamentos desenvolvidos para simular estas sensa es Por esta raz o h dispositivos que fornecem ambas ou apenas uma delas Em sistemas computacionais a identifica o do t til e de force feedback depende de duas partes igualmente importantes que formam os sistemas h pticos os dispositivos respons veis por receber a es do usuario e apresentar lhe as propriedades relacionadas ao toque e as rotinas de controle respons veis por calcular e enviar as propriedades do toque ao dispositivo Inicialmente desenvolvidos para auxiliar pessoas cegas e surdas Tan e Pentland 2001 estes sistemas passaram a ser utilizados em aplicac es de RV
297. sistemas que necessitem ser executados em m ltiplas plataformas como comum no caso de Jogos esta caracter stica pode ser um requisito importante Ela consiste na possibilidade do ambiente fornecer recursos para que as aplica es de RV e RA possam ser instaladas e facilmente portadas para diferentes arquiteturas de hardware Personal Computers PCs Personal Digital Assistant PDAs consoles de jogos e de software sistemas operacionais Linux Irix Windows e linguagem C C C Java Todavia outras caracter sticas podem ser consideradas determinantes de portabilidade como suporte a dispositivos a habilidade de abrir e converter uma variedade de formatos de entrada e outros Mesmo nos sistemas que n o sao planejados para m ltiplas plataformas recomendavel um m nimo de considera o desse fator caso ele venha a ser um requisito e Processos leves seguros Thread safety suporte de forma simples e autom tica a processos leves que n o exige um trabalho ou a utiliza o de outras solu es em vez de processos leves Esse recurso especialmente importante para que os aplicativos possam tomar vantagem da utiliza o de CPUs com m ltiplos n cleos que v m se tornando comuns tanto em PCs quanto em consoles de jogos e Heterogeneidade se poss vel desej vel que a mesma aplica o possa ser executada em m quinas heterog neas Assim pode se por exemplo ter alguns usu rios utilizando a mesma aplica
298. sos leves geram a necessidade de replica o de dados mas o esquema de organiza o de dados dados separados 118 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es da estrutura da cena faz com que apenas os dados necess rios sejam replicados Al m disso cada uma delas possui uma lista de atributos alterados Esta lista utilizada para que a sincroniza o seja feita apenas dos dados que foram alterados OpenSG possui diversos recursos para a cria o de objetos sendo poss vel construir um vetor com a indica o de como as estruturas devem ser criadas como por exemplo tri ngulos linhas pontos e malhas de tri ngulos Al m disso permite a reorganiza o dos dados por interm dio de ndices Essa biblioteca fornece a possibilidade de ser estendida Por exemplo pode ser utilizada para escrever novos leitores de formatos de imagem Atualmente ela disponibiliza leitores de VRML e OBJ O OpenSG tem como base um conjunto de bibliotecas b sicas que s o compostas por fun es de baixo n vel e classes bases por exemplo vetores e volumes Ainda cont m uma abstra o do sistema operacional e empacotadores wrappers b sicos para os m ltiplos processos leves Al m das bibliotecas b sicas possui as bibliotecas de sistema que cont m os objetos de alto n vel como os m todos de manipula o de grafos de cena os leitores de imagens e cenas e as classes de manipula o de janelas As aplica es
299. spacos gr ficos de barras gr ficos de pizza gr ficos de linhas etc T cnicas baseadas em proje es geom tricas t m como princ pio o mapeamento de dados multidimensionais para padr es bidimensionais atrav s da utiliza o dos valores presentes na base de dados como par metros para a gera o de formas geom tricas Estas formas devem ser tais que o conte do da informa o representada possa ser percebido e analisado visualmente em suas propriedades gr ficas sendo que quanto maior o n mero de propriedades percebidas individualmente maior ser o n mero de atributos dos dados discriminados Como exemplos t m se as Coordenadas Paralelas Inselberg and Dimsdale 1990 as Star Coordinates Kandogan 2000 e os Scatter Plots como descrito em Ward 1994 T cnicas baseadas em cones cada item de informa o representado como um cone cuja apar ncia deve ser familiar ao ser humano para que os atributos das entidades gr ficas possam ser prontamente associados aos itens de dados em an lise Segundo Pickett and Grinstein 1988 cor forma e textura s o caracter sticas amplamente exploradas no design dos cones pois podem ser utilizadas simultaneamente sem perda de informa o 260 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Como exemplos t m se as cl ssicas Faces de Chernoff Chernoff 1973 os Star Glyphs Chambers Cleveland et al 1983 e as Stick Figures Pickett and Gri
300. squita Filho 1995 e possui mestrado em Ci ncia da Computa o pela Universidade Federal de S o Carlos 2000 doutoranda em Engenharia El trica na Escola Polit cnica da Universidade de S o Paulo POLI USP Filia o Professora do Centro Universit rio S o Camilo e da Universidade Presbiteriana Mackenzie S o Paulo reas de Interesse Engenharia de Software Realidade Virtual e Interfaces Humano Computador Contato valeria scamilo edu br Veronica Teichrieb recebeu seus t tulos de Mestre e Doutora em Ci ncia da Computa o do CIn UFPE em 1999 e 2004 respectivamente Realizou o doutorado sandu che na empresa Aero Sensing Radarsysteme GmbH na Alemanha Atualmente vice l der do GRVM aonde vem trabalhando com projetos de pesquisa e desenvolvimento Suas reas de pesquisa incluem realidade virtual realidade aumentada e intera o 3D Ver nica lecionou na Poli UPE na Universidade Salgado de Oliveira e na URCAMP entre 1996 e 2006 Publicou 1 artigo em peri dico internacional 3 cap tulos de livro e 37 artigos em confer ncias nacionais e internacionais Ministrou 8 cursos de curta dura o Est co 291 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es orientando2 alunos de doutorado co orientou 2 e est co orientando outros 3 alunos de mestrado e orientou 1 e co orientou outros 7 trabalhos de conclus o de gradua o e est co orientando outros 2 Participou de 2 bancas de defesa de mestr
301. ss o de ondas sonoras para determinar a posi o do usu rio e dando lhe liberdade de movimentos mas tendo pouca precis o luminosos que capturam com o uso de c meras pequenas luzes acopladas ao corpo do usu rio sendo de uso confort vel mas consumindo muito tempo de processamento dos sinais ticos que trabalham de forma contr ria aos rastreadores luminosos com a c mera ficando presa cabe a do usu rio e as luzes em pontos estrat gicos do ambiente f sico entre outros Estes rastreadores podem estar acoplados a instrumentos de manipula o cir rgica Aras 2007 permitindo ao usu rio ter precis o no controle dos seus movimentos e do mesmo tempo gerando resist ncia Estes equipamentos s o classificados no grupo de interfaces h pticas e s o essenciais na gera o de sensa es 226 Aplicac es M dicas usando Realidade Virtual e Realidade Aumentada pr ximas das obtidas em uma simula o real O Cap tulo 8 apresenta os equipamentos h pticos de forma detalhada As luvas tamb m t m sido utilizadas em experimentos onde necess ria a manipula o de objetos Haluck 2007 Capturam os movimentos das m os e dos dedos fazendo com que as respostas do ambiente sejam compat veis com estes movimentos Existem v rios tipos de luvas funcionando com diferentes mecanismos de captura dos movimentos tinta condutiva esqueletos externos e medidores de luminosidade 11 2 1 2 Equipamentos de Sa da Para a ger
302. stabelecidas de udio e v deo confer ncia Figura 9 5 Exemplo de ambiente colaborativo de RA Para Billinghurst and Kato 2002 a principal caracter stica de ambiente colaborativos de RA a natureza sem cortes da interface RA onde usu rios v em se uns aos outros ao mesmo tempo em que v em objetos virtuais em meio a eles A transi o entre o real e o virtual mais suave n o ficando delimitada pela tela do computador ou pelo mundo virtual dos CVE Billinghurst and Kato tamb m ressaltam que as interfaces RA para usu rios co localizados ao contr rio de outras tecnologias de CSCW n o fazem a separa o entre o espa o de comunica o e 180 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es o espa o de tarefas sob a tica do Modelo 3C espa o de Coopera o Em RA diferentes objetos virtuais podem ser apresentados para diferentes usu rios possibilitando a exist ncia de espa os p blicos e privados e de diferentes vis es do espa o compartilhado Por exemplo enquanto um usuario v sobre uma parede a tubula o de gua o outro v o cabeamento el trico As diferentes vis es do espa o compartilhado em ambientes colaborativos de RA co localizados introduz o problema de se ter que garantir um entendimento comum sobre este espa o Azuma 2001 Deve se evitar por exemplo que um usu rio aponte para um objeto e o outro usu rio veja um objeto diferente naquele lugar Outras qu
303. ste objeto Mas qual A fun o do C digo 2 1 muito provavelmente classificar muitos pixels desta imagem como vermelhos e portanto como pertencentes ao objeto de interesse Uma solu o para este problema segmentar a imagem e usar representa es que propiciem a distin o entre objetos de interesse e outros que n o sejam relevantes para a aplica o Para isso lan a se m o de t cnicas de an lise de formas para caracterizar os objetos Costa et al 2000 2 3 Modelos de Proje o Modelo uma abstra o ou seja uma idealiza o da realidade A realidade de uma c mera por exemplo que o dispositivo fabricado pode distorcer a cena projetada tanto na disposi o dos pixels distribu dos espacialmente na imagem quanto das cores que podem n o corresponder ao convencionado Nesta se o ser apresentado o modelo de proje o em perspectiva Este um modelo simples e corresponde a uma simplifica o da geometria da c mera chamado modelo pin hole por n o considerar as caracter sticas das lentes Ma et alli 2004 Retomando a Figura 2 2 o objetivo encontrar a equac o de uma reta que passe pelos pontos p e Po Para isso preciso relacion los 33 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Fo Yo 29 P e Yo zc Figura 2 4 Modelo de proje o em perspectiva mostrando a geometria da forma o da imagem e os 3 pontos de interesse deste trabalh
304. stiver fazendo altera es e libera somente depois de enviar a mensagem da altera o para todos os clientes Devido ao fato do Mu3D enviar atualiza es e n o o estado completo da entidade o tamanho das mensagens 141 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es incluindo todos os overheads das camadas inferiores do protocolo pequena 200 a 300 bytes Diehl 2001 J IEEE 802 11 O padrao 802 11 apareceu na d cada de 90 mais especificamente em 1997 tornando se uma das tecnologias principais no mundo wireless Este padrao define as camadas de Controle de Acesso ao Meio MAC e f sica PHY para uma LAN com conectividade wireless A arquitetura 802 11 compreende diversos componentes e servicos que se interagem para fornecer mobilidade e transpar ncia s camadas mais elevadas da pilha de protocolos da rede Basicamente composto por Kurose e Ross 2006 802 11 Usando FHSS Frequency Hopping Spread Spectrum ou DSSS Direct Sequence Spread Spectrum fornece taxa de transmiss o de 1 a 2 Mbps operando na faixa de frequ ncia de 2 4GHz 02 11a Usando OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing fornece taxa de transmiss o de at 54Mbps e opera na faixa de frequ ncia de 5GHz 802 11b Tamb m conhecido como Wi Fi ou a High Rate 802 11 usa DSSS e aplica se a LANs wireless geralmente utilizado para uso confidencial em resid ncias Fornece uma taxa de transmiss o de 11 Mbps
305. stribu dos e renderiza o distribu da Dentre os frameworks direcionados constru o de aplica es gen ricas de RV interessante destacar o Avango Tramberend 2001 o IVORY Sprenger 1998 e o VIRAL Bastos 2005 Especificamente para a rea m dica interessante citar o VPat Virtual Patients apresentado por Freitas et al 2003 e desenvolvido com o prop sito de suportar aplica es de computa o gr fica na rea m dica e o ViMeT Virtual Medical Training descrito por Oliveira et al 2006 cujo conjunto de classes permite criar e manipular um ambiente de RV com o objetivo de simular exames de bi psia O ViMeT tem como principal motiva o a possibilidade de re so de c digo que pode facilitar a constru o de aplica es de RV para treinamento m dico a partir do ViMeT Tamb m faz parte do projeto uma ferramenta de Instancia o autom tica Oliveira et al 2006 11 14 A tica no uso da RV na rea m dica O avan o dos preceitos de bio tica tem gerado impactos em v rios dom nios das ci ncias m dicas e perpassa de maneira incisiva O uso das novas tecnologias nesta rea Neste sentido a utiliza o e a constru o de artefatos tecnol gicos devem receber especial aten o de maneira a n o colocar em risco a sa de de seus usu rios V rias dimens es devem ser consideradas na constru o e uso destes artefatos e englobam aspectos tecnol gicos e humanos As quest es tecnol gicas est
306. t 2007 CVEs tamb m apresentam caracter sticas bastante interessantes no que diz respeito a Comunica o Coordena o e Coopera o A Comunica o geralmente realizada atrav s de ferramentas de bate papo que acompanham os CVEs mais simples ou na forma de udio e videoconfer ncia que acompanham os CVEs mais sofisticados A Coordena o elemento chave em CVEs usados para fins espec ficos como os militares e os jogos multi usu rios A Coopera o por sua vez faz parte da pr pria natureza dos CVEs que s o literalmente espa os de trabalho compartilhados Nas pr ximas se es ser o apresentados alguns CVEs classificados de acordo com seu prop sito principal dentre as dimens es do Modelo 3C de Colabora o 9 3 1 Comunica o em CVEs Em CVEs os usu rios na forma de seus avatares s o livres para navegar no espa o virtual encontrando se uns com os outros 176 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Dessa forma um canal de comunica o verbal ou n o verbal uma necessidade prim ria em CVEs A comunica o verbal est presente em chats e canais de udio e v deo que podem acompanhar o CVE Al m dessas possibilidades que tamb m s o t picas de aplica es colaborativas de desktop a Comunica o ampliada em CVEs pela capacidade de comunica o n o verbal tais como gestos express es faciais e postura do avatar A no o de espa o e a met fora de mu
307. t cnica baseia se na utiliza o de lentes especiais denominadas ChromaDepth as quais realizam a codifica o das profundidades atrav s de suas cores As lentes mudam a trajet ria da luz que as atravessa de acordo com a cor do objeto gerando o efeito est reo O uso de anaglifos apresentado por Schwartz 2004 explicando que os objetos s o obtidos por uma combina o finita azul vermelho ou verde vermelho de cores gerando uma sensa o de profundidade e imers o no ambiente Cada um dos olhos utiliza um filtro diferente de cor dependendo da cor das lentes dos culos estereosc picos feito de papel celofane ou semelhante para a visualiza o do par est reo 11 7 Precis o e tempo de resposta Para que os simuladores sejam real sticos necess rio que a resposta ocorra em tempo real e que os m todos implementados forne am precis o Na Ci ncia da Computa o a express o tempo real em geral refere se intera o simult nea entre sistemas ou pessoas com intervalos muito curtos ou com implica es s rias ao n vel do atraso portanto uma opera o em que o par a o rea o deve demorar menos tempo que o atraso m ximo permitido pelo sistema Shaw 2003 Essa conceitua o de tempo real importante em sistemas de treinamento m dico que utilizam RV e RA visto que 234 Aplica es M dicas usando Realidade Virtual e Realidade Aumentada tais aplica es devem atender ao requisito de
308. tar simultaneamente conectados ao ambiente para que a colabora o se efetive o sistema considerado s ncrono Quando esta simultaneidade n o for necess ria o sistema considerado ass ncrono Na figura 9 2 s o mostrados exemplos de sistemas colaborativos classificados de acordo com seu posicionamento nos 2 eixos de tempo e espa o mesmo tempo tempo diferente gt TEMP sincrono o ass ncrono I nterac es s ncronas Intera es ass ncronas face a face locais mesmo lugar local Brainstorming Post It Notes ESPACO Intera es s ncronas Intera es ass ncronas ocal diferente distribu das distribu das distribu do l RA Bate papo Correio eletr nico Videoconfer ncia F rum Figura 9 2 Exemplo da classifica o dos sistemas colaborativos em fun o de tempo e espa o Os diferentes sistemas colaborativos tamb m s o classificados quanto a sua maior tend ncia de oferecer itens de Comunica o Coordena o e Coopera o Teufel et al 1995 Borghoff e Schlichter 2000 A Figura 9 3 esquematiza como esta classifica o pode ser feita 172 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es COMUNICA O chat come eletr nica agenda j compartilhada webliagrafia P sistema de ap io quadro de avisos a reuni es editor em grupo workflow COOPERA O COORDENA O Figura 9 3 Classifica o dos sistemas colaborativos de
309. te acoplada Apesar da nfase que se observa na capacidade de gera o de imagens pelos game engines existem muitos outros servi os que podem ser fornecidos por eles tais como gera o de udio comunica o em rede intelig ncia artificial colis o e simula o f sica e tratamento de dispositivos de entrada Ao se utilizar game engines em aplica es de Realidade Virtual ou Aumentada preciso ter em mente o fato de que 200 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es mesmo sendo flex veis esses sistemas de software sao produzidos e otimizados para JE Isto traz conseq ncias como e Muitos game engines geram imagens adequadas para visualizac o em monitores convencionais No caso de se utilizar dispositivos diferentes tais como HMDs e CAVEs preciso avaliar a compatibilidade do game engine eA representa o de objetos 3D e renderiza o frequentemente otimizada para determinados tipos de ambientes virtuais cen rios fechados ou terrenos amplos por exemplo e sua utilizac o em outros casos pode ser dif cil ou mesmo invi vel e Muitos game engines utilizam formatos pr prios para modelos 3D efeitos sonoros etc e disponibilizam ferramentas de convers o entre formatos No entanto preciso avaliar se os formatos suportados por tais ferramentas s o adequados para o ambiente de produ o espec fico quest es de licenciamento de software tempo de processamento convers es inc
310. transversal uma fatia do corpo do indiv duo Figura 11 1a Wagner 2002 A Resson ncia Magn tica Nuclear RMN uma t cnica que permite determinar propriedades de uma subst ncia por meio do co relacionamento da energia absorvida com a frequ ncia na 228 Aplicac es M dicas usando Realidade Virtual e Realidade Aumentada faixa de megahertz MHz do espectro eletromagn tico Usa propriedades dos n cleos dos tomos ou ons para mapear os tecidos sob a influ ncia de um campo magn tico produzindo imagens de alta qualidade Figura 11 1b Hennel 1993 A ultra sonografia um m todo diagn stico que aproveita o eco produzido pelo som para ver em tempo real as sombras produzidas pelas estruturas e rg os do organismo As ondas sonoras ao encontrarem um anteparo batem e s o refletidas retornando ao seu ponto de origem Se for medido o tempo dispendido desde a emiss o at a recep o do sinal de retorno pode se determinar com boa precis o a dist ncia que ele percorreu sendo poss vel a tradu o em uma escala de cinza que formar a imagem dos rg os internos Figura 11 1c Handolin 2007 Figura 11 1 Imagens de CT RMN e US a c rebro obtida por CT b c rebro obtida por RMN c c rebro de feto obtida por US Sayeg 2007 As modalidades que geram se es transversais RMN CT entre outras permitem um mapeamento direto para objetos virtuais 3D por meio de t cnicas de reconstruc
311. ua es da teoria da elasticidade As dificuldades para realizar essa integra o levam por m formula o de modelos matem ticos aproximados Os passos b sicos para implementar este m todo podem ser obtidos em Hirota et al 1999 Figura 11 2 Exemplo de objeto deformado utilizando o m todo FFD Hirota et al 1999 O m todo Massa Mola uma t cnica baseada na f sica que permite a remodelagem de objetos deformados atrav s de n s de massa conectados por molas como mostra a Figura 11 3 Gibson 1997 Envolve formula o de matrizes e sistemas de equa es diferenciais governadas por modelos din micos para prevenir a instabilidade num rica A mola pode ser considerada como uma estrutura que possui elasticidade e permite a deforma o quando uma press o exercida nela A for a de uma mola normalmente linear baseada na lei de Hooke Zill 2003 mas molas n o lineares podem ser usadas para simularem tecidos como pele humana que exibem um comportamento n o el stico 232 Aplica es M dicas usando Realidade Virtual e Realidade Aumentada Figura 11 3 Molas conectadas a um ponto de massa que exercem forcas nos pontos vizinhos quando a massa deslocada do resto das posicoes Gibson 1997 11 6 Estereoscopia Nas aplica es de RV e RA para proporcionar a sensa o denominada imersao sao empregados conceitos de estereoscopia A visao est reo um dos principais mecanismos que permite a
312. ual Reality Simulations In Sandbox Symposium July 29 30 2006 Macwilliams A Sandor C Wagner M Bauer M Klinker G Bruegge B Herding Sheep Live System Development for Distributed Augmented Reality In IEEE AND ACM INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON MIXED AND AUGMENTED REALITY 2 2003 Anais ACM 2003 218 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Magerkurth C Engelke T Memisoglu M Augmenting the Virtual Domain with Physical and Social Elements In ACM SIGCHI ADVANCES IN COMPUTER ENTERTAINMENT 2004 Anais ACM 2004 p 163 172 Mandryk R Maranan D Inkpen K False Prophets Exploring Hybrid Board Video Games In CONFERENCE OF HUMAN FACTORS IN COMPUTING SYSTEMS 2002 Anais 2002 p 640 641 Matysczok C Radkowski R Berssenbruegge J AR Bowling Immersive and Realistic Game Play in Real Environments Using Augmented Reality In ACM SIGCHI ADVANCES IN COMPUTER ENTERTAINMENT 2004 Anais ACM 2004 p 269 274 McShaffry M Game Coding Complete Paraglyph Press 2003 Nintendo Wii Nintendo com sitio web Dispon vel em http wii nintendo com home html acessado em Fevereiro de 2007 Olanda R P rez M Morillo P et al Entertainment Virtual Reality System for Simulation of Spaceflights Over the Surface of the Planet Mars In VRST 06 November 1 3 2006 Ohshima T et al AR2Hockey A Case Study of Collaborative Augm
313. ual e foi co editor do livro Ambientes Virtuais Projeto e Implementa o SBC SVR 2003 Al m disso ele membro efetivo da Sociedade Brasileira de Computa o e membro da Comiss o Especial de Realidade Virtual da SBC reas de Interesse Computa o Gr fica Realidade Virtual Educa o Dist ncia via Internet 281 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Filiac o Grupo de Realidade Virtual da Faculdade de Engenharia El trica Universidade Federal de Uberlandia UFU Contato lamounier ufu br Eduardo Costa Jacober engenheiro formado pela USP cursando mestrado pelo departamento de computa o e sistemas digitais da Escola Polit cnica da USP Faz parte do grupo Interlab Games voltado a pesquisas sobre jogos eletr nicos Dentre os projetos do grupo destaque para o game engine 3D enJine e o jogo FootBot desenvolvidos em Java e na organiza o e participa o de semin rios e palestras sobre o assunto Possui experi ncia profissional em projeto de redes de computadores com certifica es dos fabricantes Cisco e Nortel reas de Interesse Jogos Eletr nicos Intera o Humano Computador Projetos Multidisciplinares Criatividade Filia o INTERLAB Departamento de Engenharia de Computa o e Sistemas Digitais Escola Polit cnica da Universidade de Sao Paulo Contato eduardo jacober O poli usp br Ezequiel Roberto Zorzal professor contratado da Faculdade de Comput
314. ue seja considerada um jogo interatividade regras bem definidas um ou mais objetivos a serem alcan ados obst culos para alcan los e o entretenimento do jogador Walther 2003 define jogo como transgress es que levam da realidade a um modo de jogo basicamente em fun o de limites sobre local tempo e objetos e da exist ncia de regras e estrutura n o convencionais Mesmo esses elementos s o fonte de discord ncia Os objetivos de um jogo por exemplo nem sempre s o expl citos e fechados close ended mas podem ser impl citos ou abertos open ended ou seja est o de alguma forma previstos nas regras mas s o escolhidos pelo jogador conforme seu desejo Por contar somente com objetivos open ended escolhidos pelo usu rio e n o impostos pelo jogo muitos jogos n o foram classificados como tal no passado Os produtos da s rie Sim e boa parte dos MMOs contam principalmente com objetivos desse tipo Chris Crawford 2003 em sua defini o baseada em dicotomias tenta separar jogo de quebra cabe a e competi o com base na natureza dos obst culos apresentados ao jogador mas atinge uma defini o muito restrita para jogo que constantemente desafia a intui o A finalidade da atividade outro aspecto que gera d vidas j que atualmente bastante comum o uso de jogos com objetivos al m do entretenimento dentre eles destacando se o treinamento de 195 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplic
315. uem naturalmente como por exemplo os dispositivos h pti cos exosqueletais que habilitam os seres humanos a carregarem mais peso do que podem com seu pr prio corpo Os ambientes de RV e RA podem ser divididos em quatro partes b sicas um Ambiente F sico ilumina o ar condicionado eletricidade um Sistema Computacional de processamento hard ware um Sistema de Visualiza o sa da incluindo v deo udio retorno t til etc e um Sistema de Intera o entrada joysticks trackers c meras etc Para a Integra o das tr s ltimas partes necess rio um sistema de software que una os sistemas de forma apropriada Existe um falso conceito destes sistemas serem excessiva mente complexos e caros que n o totalmente verdade nos dias de hoje Atualmente diversas aplica es de RA e RV podem ser pes quisadas e desenvolvidas em laborat rios com poucos recursos financeiros desde que o hardware seja capaz de suportar as entra das sa das e processamento desejados e que o software realize a Integra o requerida 74 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Cada aplicac o de RV e RA exige certos recursos e podem ser compostas por diversos sistemas distintos preciso entio preocupar se com todos os seus aspectos incluindo o ambiente em si como por exemplo com a ilumina o espa o para os usu rios e isola o sonora passando pelo sistema de software at os equi pamentos
316. uer altera o no AV feita por um membro do grupo ser retransmitida somente para o restante do grupo Ambientes Virtuais Distribu dos de Realidade Aumentada A interface para aplica es de RA ainda n o tem um grau de desenvolvimento tal como as tradicionais de RV A inser o de objetos virtuais no ambiente real requer diferentes formas de intera o em adi o aquelas do ambiente gerado computacionalmente Da mesma forma os aspectos inerentes distribui o tamb m necessitam de cuidados especiais uma vez que deve haver uma maneira de compartilhar o mundo real entre os participantes 132 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Assim os requisitos necess rios para ambientes de RA distribu dos t m adicionalmente a preocupac o com transmissao de imagens do mundo real em tempo real Assim os requisitos necess rios para a transmiss o de informa es s o diferentes exigindo principalmente mais largura de banda e qualidade de servi o 7 2 2 Fatores de influ ncia Assim como qualquer outro AV a cria o de AVDs est bastante ligada com realismo visual e intera o Dessa forma assuntos como modelagem gr fica tridimensional e intera o homem m quina constituem uma parte fundamental Em especial destaca se o suporte de comunica o em rede Por meio de uma rede fornecida a base para que unidades computacionais separadas fisicamente sejam unificadas para implementar um nic
317. uma vasta rea de pesquisa se descortina trazendo desafios tanto tecnol gicos quanto m dicos e educacionais 11 16 Refer ncias Bibliogr ficas ARAS Augmented Reality Aided Surgery em http www vrvis at vr aras visitado em janeiro de 2007 Balaniuk R Costa I Melo J 2006 Cosmetic Breast Surgery Simulation VIII Symposium on Virtual Reality pp 387 396 Banos R M Botella C Garcia Palacios A Villa H Perpina C Alca iz M 2000 Presence and Reality Judgment in Virtual Environments A Unitary Construct CyberPsychology amp Behaviour vol 3 n 3 pp 327 335 BARCO Em http www barco com VirtualReality en products 248 Aplica es M dicas usando Realidade Virtual e Realidade Aumentada product asp element 313 visitado em janeiro de 2007 Bastos T A Raposo A B Gattas M 2005 Um Framework para o Desenvolvimento de Aplica es de Realidade Virtual Baseados em Componentes Gr ficos Anais do XXV Congresso da Sociedade Brasileira de Computacdo pp 213 223 Burdea G Patounakis G Popescu V Weiss R E 1999 Virtual Reality Based Training for Diagnosis of Prostate Cancer EEE Transactions on Biomedical Engineering v 46 n 10 pp 1253 1260 Cardoso L Costa R M Piovesana A Costa M Penna L 2006 Using Virtual Environments for Stroke Rehabilitation IEEE 5th International Workshop on Virtual Rehabilitation New York pp 1 5
318. usando algum dispositivo tecnol gico funcionando em tempo real b uma melhoria do mundo real com textos imagens e objetos virtuais gerados por computador Insley 2003 c a mistura de mundos reais e virtuais em algum ponto da realidade virtualidade cont nua que conecta ambientes completamente reais a ambientes completamente virtuais Milgran 1994 d um sistema que suplementa o mundo real com objetos virtuais gerados por computador parecendo coexistir no mesmo espa o 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 audi o tato e for a e cheiro Azuma 2001 A Figura 1 2 apresenta um exemplo de aplica o de realidade aumentada com uma mesa real enriquecida com vaso e carro virtuais 10 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Figura 1 2 Realidade aumentada com vaso e carro virtuais sobre a mesa Essa tecnologia dever ter grande impacto no relacionamento das pessoas atrav s de novas maneiras de realizar visualiza o comunica o e intera o com pessoas e Informa o 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 totalmente gerada p
319. usu rio na busca pela informa o entre outros Nas aplica es que exploram o espa o bidimensional 2D as t cnicas de HCI j est o consolidadas e incluem as comumente encontradas nas interfaces do tipo WIMP Windows Icons Menus and Pointing Device Atrav s desse tipo de intera o os usu rios normalmente podem gerenciar os sistemas operacionais armazenar e gerenciar textos apresenta es bitmaps udios v deos entre outros A intera o via dispositivo de apontamento ou simplesmente mouse bastante explorada na maioria das Interfaces projetadas para desktops 2D De acordo com Trevisan um dos aspectos centrais na HCI consiste em como combinar objetos reais e virtuais dentro de um ambiente real de tal forma que os usu rios possam realizar as suas tarefas e interagirem simultaneamente com os objetos reais e virtuais Trevisan et al 2002 Utilizando os m todos ja consolidados de projetos de interfaces em ambientes 2D o usu rio ser levado a interagir com dois ambientes um real e outro virtual o que poder acarretar numa quebra do seu fluxo natural de Intera o quando solicitado ora a interagir com o ambiente real ora com o mundo virtual Como consequ ncia destas dificuldades os m todos tradicionais n o s o v lidos para projetar e avaliar interfaces em ambientes tridimensionais 3D 54 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Nas aplica es de Realidade Virtual VR t cn
320. virtual simula a m quina sendo de grande utilidade para o ensino da engenharia na rea de engenharia Calonego 2004 e Ambiente de Simulacao de Sistema de Tempo Real Trata se de um ambiente virtual para simula o de uma aplica o na rea de manufatura Kirner 2005 e Visualiza o de Dados um ambiente virtual com realidade aumentada que suporta a visualiza o de dados em um sistema de ped gio rodovi rio Kirner 2006 O uso de um processo sistem tico no desenvolvimento dos ambientes e aplica es de realidade virtual teve impactos positivos em termos de produtividade na execu o das etapas e fases e em termos de qualidade do produto final obtido 104 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es 5 4 Conclusao Este trabalho apresentou um processo sistem tico de desenvolvimento de ambientes virtuais baseado nos conceitos de engenharia de software e nas caracter sticas espec ficas das aplica es de realidade virtual O processo proposto segue uma abordagem iterativa atrav s da qual se vai criando prot tipos que s o avaliados e refinados visando obter o produto final desejado V rios ambientes e aplica es de realidade virtual alguns incluindo realidade aumentada t m sido criados com o suporte do processo apresentado Tal abordagem tem as vantagens de possibilitar um desenvolvimento r pido e mais econ mico e de produzir aplica es de boa qualidade e de f cil manute
321. vremente ele exige o Macromedia Director que um software comercial Dispon vel em http www gvu gatech edu dart Tipo Documenta o Facil de Custos Linguagem de usar a ARToolkit ARToolkit e Plus ARTag Cm CH Tabela 6 2 Tabela de compara o de ferramentas de RA 6 5 Conclus o O desenvolvimento das ferramentas de RV e RA tem sido cont nuo e estas tendem a se tornar cada vez mais sofisticadas e completas Est o sendo constantemente melhoradas gra as ao desenvolvimento de hardwares gr ficos cada vez mais sofisticados que t m melhorado a qualidade e desempenho de gera o das imagens As ferramentas de RV t m adquirido maior realismo gr fico suporte a formas mais avan adas de anima o e programabilidade por meio de scripts J as ferramentas de RA t m adquirido maior velocidade de processamento e maior estabilidade no reconhecimento de objetos Da mesma forma os processos de desenvolvimento de software e os kits t m tamb m evolu do muito restando ainda no entanto muitos problemas ainda em aberto e 126 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es que devem ser pesquisados Espera se que os leitores desenvolvam aplica es com estas ferramentas contribuindo assim com os testes e aprimoramento das solu es de software dispon veis 6 6 Refer ncias Bibliogr ficas Alves W P Modelagem e Anima o com Blender Editora Erica S o Paulo 2006 Brito
322. w cs cf ac uk Dave Multimedia node 10 html Milgram P et al 1994 Augmented Reality A Class of Displays on the Reality Virtuality Continuum Telemanipulator and Telepresence Technologies SPIE V 2351 p 282 292 20 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Sherman W R Craig A B 2003 Understanding Virtual Reality Morgan Kaufmann Sutherland I E 1963 SKETCHPAD A MAN MACHINE GRAPHICAL COMMUNICATION SYSTEM AFIPS Conference Proceedings Spring Joint Computer Conference Detroit lt faculty cs tamu edu hammond courses SR papers Sutherland Sutherland1963Sketchpad pdf gt Tiffin J Terashima N ed 2001 Hyper reality Paradigm for the Third Millennium Routledge Vince J 1995 Virtual Reality Systems Addison Wesley Vince J 2004 Introduction to Virtual Reality Springer Verlag 2nd edition VRML97 2007 The Virtual Reality Modeling Language http www web3d org x3d specifications vrml ISO IEC 14772 VRML97 gt Walsh A E Bourges S venier M 2001 Core WEB3D Prentice Hall Web3D Consortium 2007 X3D Documentation http www web3d org x3d 21 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es Capitulo Rastreamento Optico para Sistemas de Realidade Virtual e Aumentada Lu s Augusto Consularo Regina C lia Coelho e Nivaldi Calonego J r Universidade Metodista de Piracicaba UNIMEP Rodovia
323. xergar o que lhe interessa de acordo com seu perfil ou sua necessidade e interagir com os objetos de forma a ter suas necessidades satisfeitas Como exemplo o usu rio ao caminhar ou dirigir seu autom vel por uma cidade usando um capacete de vis o ptica direta poder fazer solicita es por comandos de voz e ver legendas virtuais nos pr dios e ruas orientando o ou mostrando op es como o melhor caminho para chegar a um destino restaurantes de determinados tipos ou padr es entretenimentos espec ficos lojas supermercados hospitais e assim por diante Muito do que se desenvolveu na Internet para facilitar a vida do usu rio poder ser transportado para o mundo misturado de forma gr fica e seletiva Assim nesse mundo misturado com hiper realidade as pessoas dever o satisfazer muitas de suas necessidades atuando num ambiente integrado inteligente sendo atendidas de forma expl cita ou impl cita 12 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es 1 2 5 Rastreamento O rastreamento em ambientes de realidade virtual e aumentada tem a fun o de identificar a posi o da mao da cabe a do pr prio usu rio ou de algo atrelado a ele como uma placa Com isto o sistema permite que o usuario exer a um controle de posicionamento em ambientes virtuais ou aumentados podendo por exemplo movimentar se e tocar agarrar mover e soltar objetos virtuais Para uso em aplica es de realidade virtu
324. za o de tarefas 4 Avalia o da seguran a A seguran a de software uma atividade que garante a qualidade de software Estas atividades tentam encontrar e avaliar casualidades que possam agir negativamente sobre o software e provocar uma falha em todo o sistema Se as casualidades puderem ser identificadas prontamente no processo de engenharia de software poss vel especificar 102 Realidade Virtual e Aumentada Conceitos Projeto e Aplicac es caracter sticas de projeto de software para eliminar ou tratar essas casualidades A modelagem e an lise podem ser usadas como parte da seguran a de software Primeiro estas casualidades s o identificadas Entao t cnicas de an lise sao utilizadas para determinar a gravidade e a probabilidade de ocorr ncia Finalmente a especifica o pode conter uma lista de eventos indesej veis que devem ser gerenciados dar respostas desejadas do sistema aos eventos 4 Avalia o do valor da tarefa e aplica o Para avaliar o valor de um sistema de RV para a aplica o para o qual foi desenvolvido necess rio que primeiramente defina se um crit rio em que o valor ser considerado Desde que a an lise da tarefa j tenha sido feita durante o processo de especifica o de requisitos uma abordagem avaliar o sistema atrav s da an lise do sucesso para cada sub tarefa Uma falha desta abordagem para avaliar o valor do sistema para a aplica o que se assume em alguns casos

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