Adriano Melo
Filipe Melo
Mateus Araújo
Philippe Neves
Renato Parente
Samuel Arcoverde
Wesley Davison
Roteiro
•
•
•
•
Realidade Aumentada
Motivações
Aplicações
ARToolkit
o Funcionamento
o Arquitetura
• Conclusão
Cenário
O que é Realidade Aumentada?
Sistemas que misturam cenários do ambiente
Sobreposição de cenários VIRTUAIS
em cenários REAIS
O que é Realidade Aumentada?
Vídeo - Enkin
Definição
• Definição de Ronald Azuma:
o Combinação de elementos virtuais com o ambiente
real
o
Interação e processamento em tempo real
o
Concebida em três dimensões
O que é Realidade aumentada:
Combinação de elementos
• Combinar nem
sempre é igual a
adicionar
• Combinar não inclui
apenas informações
visuais (Enkin)
O que é Realidade aumentada:
Interação em tempo real
“Using AR technology,
users can interact with a
combination of real and
virtual objects in a
natural way.”
“In Confluence of Computer Vision and Interactive Graphics
for Augmented Reality“
O que é Realidade aumentada:
Informação em 3D
Iluminação dependente da
posição do sol (controlado
pelo usuário).
Motivação: Um exemplo
Motivação: Um exemplo
• O problema
o O cirurgião não pode olhar para a tela e para o
paciente ao mesmo tempo
o Olhar para a tela enquanto opera o paciente não é
ergonômico
o A tela é 2D, enquanto que o corpo do paciente é 3D
Motivação: Um exemplo
• A Visão
o A informação deve ser mostrada onde ela é necessária
o O usuário deve poder acessar e interagir com a
informação de maneira ergonômica
o A informação deve ser apresentada em três
dimensões, como o objeto da aplicação
Aplicações
Médica
•
The heARt-Project: Cirugia
cardíaca minimamente
invasiva.
•
MIT: Integração de dados de
ressonância magnética e de
eletroencefalograma para
suporte à cirugia cerebral.
Aplicações
Manutenção, reparos
e produção
•
BMW: The “Intelligent
Welding Gun”
•
Boeing: “Augmented
wiring”
Aplicações
Visualização de dados
científicos
•Educação
• Studierstube:
Construct3D Application
Outras áreas de Atuação
• Militar
• Entretenimento
• Petroquímica
Dificuldades de Implementação
• Cálculos para construção da imagem virtual para o
ponto de vista do usuário
• Saber a escala e o alinhamento
• Realizada em tempo real
• Posicionamento o mais preciso possível
CUSTOSO
Solução
• ARToolkit
O que é ARToolkit?
• Sistema baseado em tracking (rastreamento)
• Calcula a posição real da câmera e a orientação relativa
de um marcador
ARTookit como solução
 Não exige aquisição de material muito robusto e caro
 Gratuita
 Disponibiliza o código-fonte
• Transporte para diversas plataformas
• Adapta-se a diversas aplicações
• Difundida em meio aos estudantes
Como ARToolkit Ajuda?
• Usa algoritmos com conceitos de cálculo de
matrizes (álgebra)
• Calcula a posição no espaço real da câmera e sua
orientação em relação à marcadores
• Programador preocupar-se apenas em sobrepor
cenários
• Abstração dos cálculos de mapeamento
Marcadores
 Figuras geométricas
 Contém símbolos no interior
 Rastreamento estima:
• Posição
• Orientação
Extração de Imagem
• Imagem limiarizada (preto e branco)
• Identifica vértices das regiões quadradas
• Compara os símbolos com os gabaritos dos
marcadores já cadastrados
• Os cálculos são feitos caso haja semelhança
Algoritmo
• Baseia-se na posição encontrada e no tamanho
conhecido do padrão
• Relaciona as coordenadas por meio de uma matriz 3x4
(matriz transformação)
• Multiplicação de uma matriz transformação "T" por um ponto 3D no marcador
(Xm,Ym,Zm), obtendo o ponto correspondente no sistema de coordenadas da
câmera (Xc,Yc,Zc)
Visão Geral
Funcionamento
• Calibração do sistema
• Captura da imagem de entrada
o
Sequência de imagens da câmera de video
• Busca pelos marcadores
o
As imagens capturadas são convertidas para uma
imagem binária para a identificação de padrões
(quadrados pretos)
• Cálculo da posição/orientação da câmera
o
Relativas aos quadrados pretos
Funcionamento
• Identificação de marcadores
o Verifica se o símbolo dos marcador casa com algum
padrão na memória.
• Inserção de imagens virtuais
o Usando transformações 3D, a imagem é orientada e
posicionada para ser posta no marcador.
• Renderização da imagem final
o A imagem é renderizada em cima do marcador
Demonstração
levelHead
Calibragem da câmera
• É desejável saber os parâmetros da câmera para
posicionar com mais precisão os objetos virtuais
sobre a cena real
• Principais propriedades extraídas da calibragem:
– distorções de lente,
– ponto central da câmera
– distância focal da câmera
Calibragem da câmera
Arquitetura
ARToolkit
Framework
Arquitetura
• Quatro módulos:
o
AR Module: módulo principal com rotinas de
rastreamento de marcadores e calibração.
o
Video Module: conjunto de rotinas que encapsulam a
captura de frames de vídeo padrão
o
Gsub Module: conjunto de rotinas gráficas baseadas nas
bibliotecas OpenGL e GLUT
Arquitetura
Arquitetura
• Metáfora de pipeline:
o
Video -> Tracking -> Display
o
Permite fácil troca de módulos
E o quarto módulo?
• Gsub_Lite Module: substitui o Gsub Module com
rotinas gráficas mais eficientes e independentes do
sistema de janelas
Limitações
• Marcadores necessitam estar sempre (e totalmente) à
mostra
o
Pode limitar o tamanho e movimento dos objetos virtuais
• Orientação do marcador relativa à câmera
o
Inclinação do marcador reduz precisão
• Tamanho do marcador
o
Marcadores maiores = distâncias maiores
Limitações
• Condições de iluminação
o
Iluminação direta sobre o marcador pode causar
problemas de reconhecimento
• Complexidade do marcador
o
o
Figuras simples e não simétricas
Maior complexidade = Menor alcance
Projetos
• The BlackMagic kiosk
• Magic Book
• PyARTK
• Augmented Reality Encyclopedia
• AR Tower Defense
• ARToolkit on Iphone
• E muitos outros...
Dúvidas?