Realidade Virtual
Márcio Ferreira Barros
[email protected]
Roteiro
•Interfaces Não-Convencionais;
•Definição de RV;
•Contextualização Historica da RV;
•Ambientes Virtuais Distribuídos;
•Periféricos para RV;
•Aplicações;
•RV em Medicina;
•Referências;
Tipos de Sistemas com Interfaces Não
Convencionais
Telepresença
Telepresença é uma situação, onde uma pessoa está
objetivamente presente num ambiente real que está separado
fisicamente da pessoa no espaço;
Tipos de Sistemas com Interfaces Não
Convencionais
Realidade Virtual
•O usuário participa de um mundo virtual gerado no computador,
usando dispositivos sensoriais de percepção e controle;
•Um ambiente virtual pode ser projetado para simular tanto um
ambiente imaginário quanto um ambiente real;
Tipos de Sistemas com Interfaces Não
Convencionais
Realidade Aumentada
•É a combinação da visão do ambiente real com o ambiente virtual;
•Esse tipo de sistema é obtido mesclando-se sistemas de telepresença e realidade
virtual;
Tipos de Sistemas com Interfaces Não
Convencionais
Realidade Melhorada
•Variação do sistema de realidade aumentada, onde um
sistema de processamento de imagem gera informações
adicionais para serem sobrepostas à imagem real;
•O resultado final pode ser tanto uma melhoria espectral
quanto espacial, gerando transformações e anotações
sobre a imagem;
• A geração de imagens obtidas através de ampliação do
espectro visível do olho humano e a anotação de
características específicas dos objetos como distância,
tipo, etc., são exemplos de melhoria de uma imagem.
Configuração Genérica dos Sistemas
com Interfaces Não Convencionais
Realidade Virtual
Definição
Sistema computacional usado para criar um mundo artificial
no qual o usuário tenha a impressão de ESTAR, a
possibilidade de NAVEGAR e de MANIPULAR objetos.
Características
•Meio de comunicação
•Interação intuitiva no espaço 3-D em
tempo-real
•IMERSÃO, INTERAÇÃO e PRESENÇA
•Interface por canais multi-sensoriais
Exemplo
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•
Sala virtual com 3 bolas em movimento
Interação com mouse ou teclado (Interação)
Interação com data glove (VR)
Dataglove com « vibrador » (Presença)
Uso de óculos estéreo (Imersão)
Visualização em tela grande
Simulação Sensorial
• Visão: óculos estéreo, HMD, CAVEs, realtime video input
• Audição: head phones e som renderizado
• Fala: real-time audio input
• Tato: DataGloves, DataSuites e dispositivos
c/retorno de força (exo-esqueletos)
• Olfato: ?? (cheiro artificial)
A História de uma Idéia
•1838 – Visão estereoscópica – Stereopticon
•Cinema – modificação de nossa visão da realidade, aumenta e altera a percepção
•Tecnologia de simulação de vôo – Link Trainer (1929) – interatividade e movimento
(mecânico)
•Cinerama (1952) – 3 projetores
A História de uma Idéia
•Anos 60: Sensorama – visor de realidade virtual
mecânico; CAD; visor tridimensional; simuladores de
vôo.
•Anos 70: computadores pessoais, videogames, luva
para interação com computador, comunicação global.
•Anos 80: educação interativa assistida por
computador; computação gráfica no cinema e em
documentos; computadores mais poderosos; primeira
conferência profissional sobre RV; incremento da
exploração comercial da RV.
•Aplicações: entretenimento, educação, pesquisa
científica, teletrabalho, medicina, férias virtuais (!)
Estrutura de um Sistema de Realidade
Virtual
Tipos de Sistemas de RV Multi-Usuários
Requisitos de Ambientes Virtuais Distribuídos
•Resposta rápida a novos requisitos do sistema;
•Capacidade de manutenção;
•Suportar interação em tempo real;
•Fidelidade da inserção do usuário no mundo virtual em relação a uma referência;
•Alta taxa de quadros por segundo, reusabilidade e portabilidade;
•Ajustamento a novas interfaces e dispositivos de visualização;
•Requisitos para capacidades adicionais;
HMD – Head Mounted Display
• Um visor de LCD
para cada olho com
visão
estereoscópica
• Sensor de posição
absoluta da cabeça
• Fones
estereofônicos
Stereo Glasses/Shutter Glasses
• Óculos de cristal líquido
• Display alterna imagens
para o olho esquerdo e
direito a uma taxa de 30
imagens/segundo
• Usa monitor convencional
• Sincronizado por raios
infra-vermelhos
StereoGraphics CrystalEyes shutter glasses
BOOMs
Binocular Omni-Orientation Monitor
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•
•
•
Colocados em uma caixa, presa a um braço mecânico;
Usam tubos de raios catôdicos;
Alta resolução;
Rápido;
Tracker embutido;
Confortável;
Caros;
Trackers (mecânicos)
• Braço mecânico
• Muito rápidos
• Precisos
• Movimentos restritos
Trackers (eletromagnéticos)
• Cálculo da posição e/ou
orientação por campo
magnético
• Rápido
• Problemas de interferência
• Movimento limitado
• Caro
Trackers (óticos)
• Tipicamente leds piscando,
monitorados por uma câmera
em uma posição fixa
• Rápido
• Problemas de interferência
pelas condições de luz
ambientes
Trackers (Acústicos)
• Usa ultrassom
para medir
posição e
orientação
• Lentos
• Imprecisos
Receptores
posicionados
em “L”
Data Gloves
• Sensores de flexão para os
cinco dedos
• Sensor de posição
absoluta do punho
DataGlove
Dispositivos interativos
Trackball 3D
Joystick 3D
Haptic and Force Feedback
• Permitem a sensação de tato
• Tactile feedback: por
“vibradores” ou bolhas de ar
• Force feedback: permite a
simulação de restrições
físicas
• Exoesqueletos
Caverna Digital
Cave
Ambiente Imersivo 3D
Multiusuário
Periféricos para Realidade Virtual
Digitalizador 3D
Sensores Especializados
Periféricos para Realidade Aumentada
ImmersaDesk
Display 3D sincronizado com óculos Polaroid e joystick 3D
Feedback Visual/Auditivo
Sensores
Atuador
Atuação
Posição
Computador
Usuário
Coordenação
visuomotora
Imagem 3D
Feedback de Forças
Sensores
Atuador
Computador
Feedback
Atuação
Posição
Usuário
Feedback
Coordenação
visuomotora
Imagem 3D
Aplicações
Entretenimento
•Artes - Pinturas em relevo, esculturas, museus virtuais, música
com instrumentos virtuais;
•Jogos;
•Turismo Virtual;
•Passeio Ciclístico Virtual;
•Esportes Virtuais - aperfeiçoar a tacada de golfe com lições em
tempo real;
•Cinema Virtual - (platéia define o final);
•Montanha Russa Virtual;
Aplicações
Engenharia, design e arquitetura
•Visualização de protótipos;
•Simulação de montagens;
•Simulação da dinâmica de estruturas articuladas;
•Simulação do processo produtivo;
•Planejamento da obra;
•Inspeção tridimensional em tempo real;
•Decoração de ambientes;
•Avaliação acústica;
Aplicações cientifícas
•Visualização de superfície planetárias;
•Síntese molecular;
•Análise de comportamento de estruturas atômicas e moleculares;
•Análise de fenômenos físico-químicos;
Aplicações
Educação e treinamento
•Laboratórios Virtuais;
•Vídeo-conferência ;
•Consulta a bibliotecas virtuais;
Comércio Eletrônico
•Shop3D (publicidade e comércio eletrônico);
•ShopRural (feira rural virtual);
•Shopping Nacional (shopping 3D de 2 andares);
•VR Shopping (entretenimento e comércio eletrônico);
•Templo da música (loja de CD´s);
•Loja virtual (loja de móveis);
Aplicações
Forças armadas
•Início dos esforços simulados para treinamento antes da 2 Guerra
Mundial;
•SIMNET – Espaço Cibernético das Forças Armadas Americanas
(simuladores de guerra, campos de batalha, tanques)
•"Tão importante como entretenimento quanto para o treinamento
das forças armadas"
•"Os generais do próximo século serão capazes de controlar a
guerra em andamento, através de um simples movimento da mão
ou do olho, e se colocar, usando a telepresença, no meio do campo
de batalha."
•"No futuro, podemos esperar que as forças armadas persigam
economia e maior eficiência em batalhas, através da utilização da
tecnologia da realidade virtual."
Realidade Virtual
em Medicina
Áreas de Aplicação
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Planejamento
Imagenologia
Endoscopia virtual
Cirurgia virtual
Biomecânica
Telecirurgia
Mundos artificiais
Biosimulação
Simulação de Endoscopia
Endocirurgia
Laparoscopia
Manipuladores Tridimensionais
com Sensores Digitais
Simulação de Endoscopia
Manipuladores Visualizadores
Simulação de Cirurgia Videolaparoscópica
Imagens
geradas
em 3D
Estação de Simulação
Treinamento por Realidade Virtual
Venopunção
Treinamento por Realidade Virtual
Ureteroscopia
Simulação de Microcirurgias
Stand com micromanipuladores
Visão do campo cirúrgico simulado
Simulação de Microcirurgias
Realidade Aumentada
Virtual Temporal Bone
ImmersaDesk com
Óculos Polaroid e
Joystick 3D
Superposição de Imagens
Cirurgião com
HMD
Visão do cirurgião
Tomografia 3D do cérebro
Software de Desenvolvimento de RV
Referências
Realidade Virtual e a Exploração do Espaço
Cibernético – Apresentação do Livro
http://br.geocities.com/infoeducabr/rv/