Revisão dos Dispositivos de Visualização para
Realidade Virtual
Mestrando: Jeferson Luiz Curzel
Prof.: Marcelo da Silva Hounsell
Maio 2006
Classificação

Não Interativos


Não Imersivos


Ainda vê o mundo real
Semi Imersivos


Visualização / História
Sobreposição virtual com o Real
Imersivos

Oclusão do mundo real
Não Interativos
Panorama

DESCRIÇÃO

O primeiro panorama surgiu em 1787, sendo patenteado por
Robert Baker, nesse tempo, era uma forma extremamente
popular de representação da natureza e de eventos históricos.

O panorama é um tipo de pintura mural construída ao redor
de uma plataforma circular onde os espectadores podem
olhar em qualquer direção e ver uma cena como se estivessem
no seu interior (Matos, 97)
Panorama

PANORAMA
Panorama

CARACTERÍSTICAS

Os panoramas eram normalmente construídos em prédios
com dois ou três andares, de modo que os espectadores
pudessem passar por ambientes diferentes (Comment, 1993).
Assim os espectadores poderiam caminhar por cenas
diferentes.

Apesar de não utilizar nenhuma técnica computadorizada o
primeiro panorama construído chegava a proporcionar
imersão aos usuários.
Sensorama

DESCRIÇÃO

Em 1956, Morton Heilig (um cineasta) desenvolveu um
simulador baseado em vídeo denominado sensorama, o
equipamento já utilizava um dispositivo para visão
estereoscópica, sendo um dos primeiros sistemas
multisensoriais de realidade virtual.

Embora o invento não tenha tido sucesso comercial, ele foi o
precursor da imersão do usuário num ambiente sintético.
Sensorama

SENSORAMA
Sensorama

CARACTERÍSTICAS

O Sensorama era uma espécie de cabine que combinava
filmes 3D, som estéreo, vibrações mecânicas, aromas, e ar
movimentado por ventiladores; tudo isso para proporcionar
ao espectador uma viagem multisensorial (Pimentel, 1995).

Dentro de uma pequena cabine, o espectador se senta numa
motocicleta, tendo a sensação de realizar um passeio, graças à
utilização de loops de filmes, com direito a movimentos no
assento, som estereofônico, odores e outros efeitos especiais.
Visão Estereoscópica
Visão Estereoscópica
Não Imersivos
DESKTOP

DESCRIÇÃO

Dispositivos Desktop, são baseado em PC tem baixo
custo de aquisição, onde o usuário individualmente
pode visualizar ambientes virtuais, dando um baixo
grau de imersão.

Este sistema permite que os usuários experimentem
visualizar imagens 3D que, envolve a vista, o som e a
interação em tempo real.
DESKTOP

DESKTOP
DESKTOP

CARACTERÍSTICAS

As imagens são projetadas no monitor CRT ou LCD, a
interação e a navegação são conseguidos através dos
dispositivos de entrada avançados, tais como as luvas. O
participante pode interagir com o ambiente virtual através de
ícones que permitem o usuário participar do ambiente.

O baixo grau de imersão obtido com este dispositivo se deve
ao fato da pequena tela de visualização das imagens, campo
de visão reduzido e restrição aos movimentos do usuário.
MULTI DESKTOP

DESCRIÇÃO

O princípio é o mesmo visto anteriormente, porém
utiliza 3 monitores, cada um com uma imagem
diferente, dispostos de forma a ter uma imagem
panorâmica.
MULTI DESKTOP

Exemplo
MULTI DESKTOP

CARACTERÍSTICAS

As imagens são projetadas no monitor CRT ou
LCD, a interação e a navegação são conseguidos
através dos dispositivos de entrada avançados, tais
como as luvas. O participante pode interagir com o
ambiente virtual através de ícones que permitem o
usuário participar do ambiente.
WINDOW VR

DESCRIÇÃO

É composto de um display com planos e tamanhos e
resoluções variadas, traçadores de posição e
orientação e um conjunto de controles de navegação
acoplado. Dispensando o uso de HMD, este sistema
foi planejado para que o usuário possa interagir de
forma natural e intuitivamente sem qualquer tipo de
instrução prévia e sem perda de tempo com ajustes
de botões.
WINDOW VR

Window VR
http://www.virtualresearch.com/products/win_vr.html
WINDOW VR




CARACTERÍSTICAS
Display: 15” XGA (1024x768) / 17” SXGA
(1280x1024) / 21” (1600x1200);
Traçador: 3 DOF / 6 DOF;
Navegação: Controles de mão com botões
emuladores de teclado, spaceball, joystick. É
touchscreen.
PROJEÇÃO ESTEREOSCÓPICA
PASSIVO

DESCRIÇÃO

Estereoscopia Passiva por Anáglifo
Anáglifo é o nome dado a figuras planas cujo relevo se obtém por cores
complementares, normalmente vermelho e verde.
Nesse caso, cada um dos olhos utiliza um filtro diferente para visualizar as
imagens do par estereoscópico: o olho que estiver com o filtro vermelho
refletirá apenas a cor vermelha e o olho que estiver com o filtro verde
refletirá apenas a imagem verde.
Assim, as duas imagens são separadas na observação e fundidas em uma
única imagem 3D preto e branco. A partir dessas duas imagens, o cérebro
reconstitui o relevo. Vista a olho nu, a imagem é desfocada e colorida
(Machado, 2003).
PROJEÇÃO ESTEREOSCÓPICA
PASSIVO

Exemplos
Efeito
PROJEÇÃO ESTEREOSCÓPICA
PASSIVO

CARACTERÍSTICAS

As vantagens desse tipo de estéreo são:




Necessita apenas de um projetor ou monitor;
Pode ser impressa;
Baixo custo dos óculos.
Desvantagem principal

Perda de qualidade que a coloração impõe.
PROJEÇÃO ESTEREOSCÓPICA
ATIVO POR POLARIZAÇÃO

DESCRIÇÃO

Estereoscopia Ativa por Polarização da Luz
No processo de estereoscopia por polarização da luz, são utilizados filtros
polarizadores, os quais fazem com que as imagens projetadas do par
estereoscópico sejam polarizadas em planos ortogonais (por exemplo, um
plano vertical e um horizontal). Dessa forma, o observador utiliza filtros
polarizadores ortogonais correspondentes aos planos de projeção e vê
com cada olho apenas uma das imagens projetadas. Da fusão das imagens
vistas por cada olho, resultará a visão estereoscópica (Machado, 2003).
PROJEÇÃO ESTEREOSCÓPICA
ATIVO POR POLARIZAÇÃO

Exemplo
PROJEÇÃO ESTEREOSCÓPICA
ATIVO POR POLARIZAÇÃO

CARACTERÍSTICAS
Necessita de dois projetores;
 Não pode ser impressa;
 Óculos com lentes polarizadas.
 Não há perda de qualidade.

PROJEÇÃO ESTEREOSCÓPICA
ATIVO POR SHUTTER GLASSES

DESCRIÇÃO
Estereoscopia Ativa por shutter glasses
Baseia-se no fato de que o sistema reage (ativo) ao
deslocamento que o usuário possa vir a ter dentro do
sistema. Através de dispositivos sincronizadores
(emissores/receptores), o sistema verifica se a
posição do usuário mudou no ambiente e gera duas
novas imagens, de forma que o usuário não as
perceba (Santos, 2001:45)

PROJEÇÃO ESTEREOSCÓPICA
ATIVO POR SHUTTER GLASSES

Exemplos
Shutter Glasses
Óculos Obituradores
MONITOR ESTEREOSCÓPICO
ATIVO POR SHUTTER GLASSES

CARACTERÍSTICAS


Segundo essa técnica, o observador, ao visualizar a tela do
computador deve utilizar óculos especiais, cujas lentes são
feitas de cristal líquido. As lentes podem ficar
instantaneamente transparentes ou opacas de acordo com um
controle eletrônico que é sincronizado com o sinal de vídeo,
de acordo com a imagem que está sendo exibida (olho
esquerdo ou olho direito).
O resultado é que cada olho enxerga uma imagem difetente,
resultando no efeito estereoscópico (Kirner e Tori, 2006:199)
MONITORES AUTOESTEREOSCÓPICOS

DESCRIÇÃO

Nos displays autoestereoscópicos, as visões esquerda
e direita são multiplexadas espacialmente,
permitindo ao observador visualizar uma imagem
tridimensional sem a necessidade de óculos especiais.
Cada imagem do par estéreo é segmentada e exibida
nas colunas pares e ímpares do monitor. Cada
segmento é direcionado para o olho do observador
por meio de uma película lenticular colocada na
superfície do monitor (Kirner e Tori, 2006:201)
MONITORES AUTOESTEREOSCÓPICOS

Auto estereoscopia
http://www.mongarma.com/monitores.htm
http://www.virtual-experience.de/
http://www.seereal.com/en/products/products_cn.php
MONITORES AUTOESTEREOSCÓPICOS

CARACTERÍSTICAS
VISIO STATION

DESCRIÇÃO


Este sistema desktop baseia-se em uma tecnologia de
visualização hemi-esférica de 2,7 metros de diâmetro que
envolve um reduzido número de usuários em um ambiente
completamente imersivo.
Projetado pela Elumens (www.elumens.com), este sistema de
visualização combina algoritmos tridimensionais com um
projeto proprietário de lentes óticas a fim de projetar na tela
de visualização, imagens tridimensionais geradas por
computador e sem distorções.
VISIO STATION

Visio Station
http://www.elumens.com/
VISIO STATION

CARACTERÍSTICAS

Tela de 180 graus,
um projetor com capacidade de resolução de 1024x768 pixels, e
um conjunto de programas que transformam as imagens bidimensionais criadas através de programas como o 3D Studio
Max e o 3D Studio Viz, em uma experiência imersiva.
Peso: 150 libras (68,04 Kg)
Dimensões físicas:






Profundidade: 41” (104 cm)
Altura: 63” (160 cm)
Largura: 65” (165 cm)
MESA DE VISUALIZAÇÃO

DESCRIÇÃO


Em uma mesa de visualização a imagem é projetada em um
plano horizontal, podendo para isso ser utilizado um espelho
para reflexão da imagem do monitor de vídeo ou o próprio
monitor posicionado com a tela para baixo.
O objetivo das mesas de visualização é oferecer maior
realismo, aumentando o grau de imersão do usuário do
ambiente virtual do simulador. No caso de aplicações em
cirurgia, as mesas apresentam como principal vantagem o
posicionamento do usuário diante do simulador de modo
similar ao adotado durante a realização do procedimento real,
colocando-o em uma posição mais confortável e realista
(Machado, 2003:90-91).
16) MESA DE VISUALIZAÇÃO

Exemplo
MESA DE VISUALIZAÇÃO

CARACTERÍSTICAS





Tipo de dispositivo: Phantom Desktop ou Phantom Premium
1.5;
Resolução de posicionamento: 0,02 mm a 0,03 mm;
Espaço de trabalho: 16 x 13 x 13 cm ou 19 x 27 x 38 cm;
Força máxima obtida: 6,4 ou 8,5 Newton (1.45 lb a 1,9 lb);
Efetivador final: Stylus – 6 DOF ou 3 DOF feedback de
força.
Immersa Desk

DESCRIÇÃO


Desenvolvido em 1994 pela Universidade Illinois, possui uma
tela grande de 67” x 50”, que pode ser inclinada a um ângulo
de 45º. Este dispositivo permite que até 5 usuários, utilizando
óculos ativos, possam visualizar o ambiente virtual, as
imagens estereoscópicas são projetadas em alta resolução.
O tamanho da tela do ImmersaDesk é suficiente para encher
o campo visão do usuário, criando um campo visual
horizontal de aproximadamente 110 graus. O ângulo de
inclinação de 45º permite que o usuário possa olhar para
frente e também para baixo.
Immersa Desk

Exemplo
Immersa Desk

CARACTERÍSTICAS

O sistema de projeção é composto por projetores
que ficam situados debaixo da tela de
projeção,espelhos são utilizados para auxiliarem na
projeção das imagens.
DVQI

DESCRIÇÃO

A idéia é desenvolver um dispositivo (tela ampla),
para visualização de AV, onde imagens serão
projetadas através de uma técnica denominada
multi-resolução (uma mesma imagem possui
diferentes densidades de pixels), tal como a visão
humana faz, ao captar a luz do ambiente e formar
uma imagem na retina.
DVQI

DVQI
DVQI

CARACTERÍSTICAS

Funcionamento:
 Replicar o funcionamento
da visão humana, utilizando a técnica de
multi-resolução.

Tela:
 Plana (Material translúcido);
 Larga escala (2 X 1.8 m);
 Anteparo preto

Sistema de Projeção:
 Projeção traseira;
 Projetores: 1
 Área Central – (1024 X 768 X 32 bits)
 Restante – (640 X 480 X 16 bits)
CONCAVES

DESCRIÇÃO

Um software mapeia volumes no sistema criando imagens
tridimensionais que se estendem do chão até o teto e de lado
a lado. O segredo do sistema são as vistas tridimensionais em
perspectivas que geram um senso de estereoscopia sem a
necessidade de óculos estéreos. O sistema requer um
hardware com muito menos recursos computacionais por não
usar estereoscopia, ou seja, o computador não precisa
redesenhar duas vezes a mesma imagem, e também por usar
apenas um projetor (Santos, 2001).
CONCAVES

Exemplo
CONCAVES

CARACTERÍSTICAS
Vistas planares com até 7,6 metros de área de visão.
 Usuários: até 12 pessoas.
 Não requer uso de óculos estereoscópicos
 Somente um projetor.

WALLS

DESCRIÇÃO
POWERWALL é uma tela gigante de retro-projeção
com multicanais, suas dimensões generosas, que
através da utilização de óculos especiais, envolvem o
espectador num ambiente virtual.
 Reflexões de iluminação e dispersões de superfície
podem ser analisadas tão perfeitamente como em
modelos reais.

WALLS

Walls (Retas)
http://www.fakespace.com/powerWallPro.htm
WALLS

Walls (Curvas)
http://www.fakespace.com/curv.htm
WALLS

CARACTERÍSTICAS




Tela de projeção: As bordas das telas são perfeitamente
encaixadas, ou se combinam, umas nas outras para criar uma
imagem sem emendas e de alta resolução;
Estrutura: Sua estrutura consiste de múltiplos segmentos
(geralmente 2 ou 3), onde cada segmento é projetado por um
ou dois canais gráficos que são alinhados em um ou dois
projetores.
Tamanho: disponível até 7.5m de largura por 2.5m de altura;
Quantidade usuários: 30
Semi Imersivos
Projeção na Retina



DESCRIÇÃO
O HITL (Human Interface Tecnology Lab), está desenvolvendo
um tipo de monitor inovador, batizado de Retinal Display. Tratase de um laser que exibe as imagens diretamente na retina do
usuário.As vantagens são que o sistema não requer equipamentos
pesados, pode gerar imagens coloridas de alta resolução e ainda é
capaz de captar o movimento dos olhos do usuário.
A tecnologia de VRD está ainda no inicio, em conseqüência, os
dispositivos disponíveis não são melhores do que HMDs nos
termos da qualidade visual. Entretanto, promete ser um
dispositivo ideal para exposição de ambientes de realidade
virtual.
Projeção na Retina

PROJEÇÃO NA RETINA
Projeção na Retina

PROJEÇÃO NA RETINA
Projeção na Retina
Personal Monitor
Visão do Usuário
Projeção na Retina











CARACTERÍSTICAS
Vantagens:
Peso: leve
Agilidade para a resolução e o FOV (field of view)
Potencial para uma completa imersão visual
Boa qualidade estereoscópica.
Tem como grande vantagem uma teoria que poderiam abranger por inteiro
campo visual do usuário, o que forneceria uma imersão visual completa.
Desvantagens:
Tem atualmente baixa definição
E o campo da FOV é pequeno
As exposições são atualmente monochrome
Imersivos
VISORAMA

DESCRIÇÃO


O Visorama é um dispositivo imersivo que se assemelha a binóculos mas
ao invés de ter um par de lentes, tem, para cada visor, um display CRT
miniatura. Esse dispositivo de observação cria uma abstração de que o
usuário está no meio do ambiente virtual, interagindo com este através do
dispositivo.
Embora não possa ser transladado, esse dispositivo pode rodar em torno
de dois eixos, vertical e horizontal, e quando isso é feito, a imagem da
panorama na tela é modificada para que a resposta visual para a rotação
seja produzida. Essa forma de manipulação direta da direção de
visualização é uma interface natural para panoramas virtuais. Além disso,
o usuário não pode, em princípio, mudar sua localização, o que também é
natural para panoramas virtuais.
VISORAMA

VISORAMA
VISORAMA

CARACTERÍSTICAS



Projeção: Cada display CRT está conectado a uma saída de
vídeo no computador e imagens diferentes podem ser
mostradas para cada olho do observador. Isso permite que se
mostrem imagens estereoscópicas.
Sistema de Áudio: A utilização de áudio estéreo permite a
simulação de som 3D em panoramas onde fontes de som
estejam associadas a direções de visualização específicas.
Quantidade de Usuários: 1
BOOM


DESCRIÇÃO
O Head-Coupled Display, também conhecido como
BOOM (Binocular Omni-Oriented Monitor), consiste
de um display montado sobre um braço mecânico com
um contra-peso, fazendo com que o display possua
“peso zero”. Sensores ligados ao braço mecânico e
controles próximos ao display permitem movimentos
em até 6 graus de liberdade (Bolas, 1994; Araújo, 1996).
BOOM

Exemplos
BOOM

CARACTERÍSTICAS
Resolução: Os modelos mais sofisticados chegam a
resolução de 180x1024
 Sistema de Cor: Full-Color (16 milhões de cores)
 Quantidade de usuários: 1
 Valor: U$ 74.000 (preço referente ao ano de 2004)

HMD

DESCRIÇÃO



O HMD é um dos dispositivos mais populares de interface
para RV, por tratar-se de um dispositivo de saída de dados
que mais isola o usuário do mundo real.
Ele é constituído basicamente por um par estéreo de
pequenos visores com lentes especiais que cobrem os olhos
dos usuários. As lentes ajudam a focalizar imagens que estão a
alguns milímetros dos olhos do usuário, ajudando também a
ampliar o campo de visão do vídeo.
O HMD funciona também como um dispositivo de entrada
de dados, porque contém sensores de rastreamento que
medem a posição e orientação da cabeça, transmitindo esses
dados para o computador.
HMD
HMD

Exemplos:
HMD

CARACTERÍSTICAS





Display: O HMD possui dois visores, um para cada olho, sendo que o
tipo de tela varia de modelo para modelo, mais utilizados são:
LCD – São leves e podem ser usados com pequenas voltagens.
Entretanto, a resolução em monitores pequenos ainda é baixa.
CRT – Os monitores de TV, em função da avançada tecnologia
disponível nesta área, podem exibir imagens de alta resolução com uma
qualidade de cor excelente, mesmo em pequenas dimensões. Entretanto,
são relativamente pesados, volumosos e colocam altas voltagens muito
próximas à cabeça do usuário.
Resolução (número de pixels no display) : A resolução de cada tela
varia de 247 X 230 nos modelos mais simples e podendo chegar até a
2560 X 1024 pixels nos modelos mais modernos.
Preço: O preço varia de acordo com o modelo do HMD: de $500 até
$100.000
CAVES

DESCRIÇÃO


A caverna digital é um complexo sistema de Realidade Virtual
de alta resolução que possibilita ao usuário interagir em um
mundo tridimensional completamente simulado por
computadores.
Possui um sistema eletrônico interativo voltado à imersão
total do usuário em realidades simuladas. Em sua sala as
paredes, teto e chão são telas semi-transparentes aonde as
imagens são projetadas, permitindo que uma ou mais pessoas
fiquem imersas no ambiente virtual.
CAVES
CAVES
CAVES

CARACTERÍSTICAS



Projeção: As imagens estereoscópicas são retroprojetadas em
películas de material plástico polímero branco semitranslúcido. A retroprojeção das imagens das três paredes
fixas é baseada em espelhos de cristal com alto índice de
reflexão e planicidade e a retroprojeção das imagens da porta
é realizada diretamente, sem a necessidade de espelho.
Projetores: Os projetores ficam posicionados atrás das telas,
a resolução de cada projetor é de 2.000 X 2.500
Sistema: O sistema é acionado/alimentado por aglomerados
de computadores denominados clusters gráficos. Os nós do
cluster são responsáveis pela alimentação das telas de
projeção dois supercomputadores paralelos, que se utilizam
do sistema Linux RedHat 6.2.
CAVES

CARACTERÍSTICAS





Dimensões: A Caverna Digital é composta por um cubo de
dimensão 3m x 3m x 3m com projeção em 5 de suas faces (4
paredes e piso).
Sistema de Áudio: Som 3D - Surround 5:1
Quantidade de usuários: 6
Observações: Telas de material polímero branco,
inteiramente em plástico e madeira, acoplamento acústico,
acoplamento fotométrico, acoplamento térmico, os vãos das
bordas das paredes medem menos de um milímetro para que
não aconteça nenhuma distorção na imagem projetada.
Custo: R$ 3 milhões
ESFERA

DESCRIÇÃO



Estando ainda numa fase de desenvolvimento, e não existindo ainda
como solução comercial , surge agora uma nova aproximação, que pode
ser considerada uma variante de sistema CAVE, pela empresa VR-Systems
U.K. [VRSysUK 2000].
A diferenciação entre ambos reside na forma do espaço de projeção.
Enquanto nos sistemas convencionais de CAVE o utilizador não pode se
movimentar livremente, em resultado das limitações impostas pelas telas
de projeção, a utilização de um sistema esférico permite movimentos
infinitos dentro do mundo virtual, sem no entanto ocorrer um
deslocamento físico.
Ao introduzir esta capacidade perde-se a possibilidade da utilização
simultânea por vários utilizadores e aumentam os custos associados ao
sistema.
ESFERA

Esfera
ESFERA

CARACTERÍSTICAS





Diâmetro da esfera: 3,5 m;
Duas camadas de 30 segmentos de policarbonato;
Espessura dos segmentos: 3mm;
Peso da esfera: 270 Kg;
Inércia de duas vezes a de uma
pessoa iniciando ou parando o
movimento.
REFERÊNCIAS



COMMENT, B. (1993). Le XIX Siecle des Panorama. Adam Piro.
KIRNER, C.; TORI, R. Editores (2006). Fundamentos e Tecnologia de Realidade
Virtual e Aumentada: Belém - PA, Apostila do Pré Simpósio VIII SVR. pp 198201.
MACHADO, L.S. (2003) A Realidade Virtual no Modelamento e Simulação de
Procedimentos Invasivos em Oncologia Pediátrica. Tese de Doutorado. Março de
2003. Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Disponível em:
www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3142/tde-07052003-123257/



MATOS, A. GOMES, J. PARENTE, A. VELHO, H.S.L. (1997) – O Visorama:
Um Novo Ambiente de Multimídia e Realidade Virtual. III Workshop Multimedia
and Hypermedia System. São Carlos, Brasil, May 1997. Disponível em:
www.eco.ufrj.br/visorama.
PIMENTEL, K. & Teixeira, K. (1995).Virtual Reality – through the new looking
glass. 2.ed. New York, McGraw-Hill.
SANTOS, C. L. N. (2001) Ferramentas de Visualização Antropomórficas Através do
Uso de Realidade Virtual Aplicadas a Engenharia Offshore. Rio de Janeiro.
Disponível em: www.coc.ufrj.br/teses/doutorado/inter/
2001/teses/NUNES%20DOS%20SANTOS_CL_01_t_D_int.pdf
Obrigado
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