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Realidade Aumentada 29/10/2013

Prof. Sementille 1

Realidade Aumentada

Prof. Dr. Antonio Carlos Sementille

6. Ambientes Colaborativos de Realidade Aumentada

Sumário da Apresentação

� Introdução

� Ambientes Colaborativos de RA

� Realidade Aumentada como um meio para a colaboração

� Considerações de Projeto de AmbientesColaborativos de RA

Introdução

� Sistemas Colaborativos

◦ Colaboração designa a ação de trabalhar em conjunto ou a realização de um trabalho em comum com uma ou mais pessoas (Ferreira 1986).◦ Para que haja colaboração, os membros de

uma equipe precisam:� trocar informações (se comunicar), � organizar-se (se coordenar) e � operar em conjunto num espaço compartilhado

(cooperar).

Introdução

� Diagrama do Modelo 3C de Colaboração(Fuks et al 2005), um refinamento do modelo proposto por Ellis, Gibbs e Rein (1991).

Introdução

Comunicação

� Comunicação é a ação de trocar mensagens para que haja entendimento comum das idéias discutidas.

� Na Colaboração, a Comunicação é direcionada para a ação (Fuks et al. 2003).

� Os participantes de um grupo de trabalho trocam idéias e pontos de vista, apresentam seus argumentos e discutem com a finalidade de realizar negociações, tomar decisões e firmar compromissos.


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Introdução

Coordenação

� Coordenação é a ação de dispor segundo uma certa ordem e método, organizar, arranjar.

� A Coordenação também está associada à idéia de planejamento.

� Fazem parte da Coordenação:◦ a identificação de objetivos, ◦ o mapeamento dos objetivos em tarefas, ◦ a seleção dos participantes e ◦ a distribuição das tarefas.

� Através da Coordenação, as tarefas atribuídas aos diferentes participantes são realizadas na ordem e no tempo previstos e de acordo com os objetivos e restrições determinados (Raposo e Fuks 2002).

IntroduçãoCooperação

� Cooperação é a ação de operar simultaneamente. � Ao cooperarem, os participantes do grupo

produzem, modificam e utilizam de maneira compartilhada um conjunto informações e artefatos reais ou virtuais, tais como um documento, uma planilha, ou a peça de um carro.

� A Cooperação é então esta operação conjunta dos membros do grupo no espaço compartilhado a fim de que as atividades possam ser realizadas (Fuks et al. 2002).

Introdução

Modelo 3C

� Evidencia a necessidade dos participantes terem informações sobre o que está ocorrendo.

� Através das informações de percepção disponibilizadas pelo ambiente, os participantes de um grupo tomam ciência, por exemplo, de quais etapas já foram terminadas e de quem é a responsabilidade de uma tarefa.

� Informações como estas são necessárias para que cada participante seja capaz de avaliar seu trabalho e dos demais participantes e de redirecionar suas atividades se necessário (Fillipo et al. 2007).

Introdução

Sistemas colaborativos e sua classificação� DeSanctis e Gallupe (1987) utilizam a noção de tempo e

de espaço, entendidos como 2 eixos, para classificar um sistema colaborativo.

IntroduçãoSistemas colaborativos e sua classificação� Uma segunda classificação é quanto à sua maior tendência de

oferecer itens de Comunicação, Coordenação e Cooperação (Teufel et al. 1995 apud Borghoff e Schlichter 2000).

Introdução

Sistemas colaborativos e sua classificação

� Deve-se notar que o fato de uma aplicação ser classificada segundo uma das 3 dimensões do Modelo 3C não implica que ele não contenha funcionalidades das demais dimensões.


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IntroduçãoRealidade Virtual e Aumentada para a Colaboração

� A idéia de colaborar em espaços virtuais não é nova.

� Sistemas experimentais utilizando RV para Colaboração são usados há décadas, mas apenas recentemente começaram a sair das esferas acadêmicas e militares.


� Aumento de popularidade deve-se:◦ Ao aumento da capacidade de processamento

das máquinas,◦ à redução de custos, e◦ à disponibilidade de redes de alta velocidade.

� Assim, ambientes virtuais colaborativos têm conseguido bastante popularidade com os jogos multi-usuários e comunidades virtuais, tais como o Second Life (Secondlife 2010).


� Em paralelo, o desenvolvimento de sistemas de RA também se volta para aplicações colaborativas.

� Com a RA, usuários co-localizados podem compartilhar objetos reais e virtuais em meio a um espaço comum no mundo real, não precisando estar diante de um computador.


� A introdução de objetos virtuais no espaço compartilhado é útil não só para possibilitar que o grupo manipule objetos inexistentes no mundo real, mas também para aumentar os objetos reais com informações que são consultadas e modificadas pelos usuários à medida que o trabalho progride.


� Sistemas colaborativos de RV e RA ainda apresentam uma série de desafios em seu desenvolvimento.

� Entre esses desafios, podem ser mencionados:◦ os problemas relacionados ao gerenciamento de recursos

de rede, ◦ ao processamento gráfico em tempo real e ◦ à sincronização de visão em aplicações multi-usuários (por

exemplo, manutenção de consistência do estado de objetos compartilhados entre os usuários).


� Existem desafios específicos de RV, por exemplo:

◦ a dificuldade de se manipular os objetos do mundo virtual e

◦ a necessidade de se criar avatares realistas para ampliar tanto a capacidade de comunicação entre os participantes quanto o sentimento de presença no grupo.


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� E existem desafios específicos de RA, por exemplo:

◦ há o problema da precisão de registro (i.e., alinhamento preciso dos objetos virtuais sobre os objetos reais) e

◦ do desenvolvimento de dispositivos de apresentação para misturar os objetos virtuais e reais (Filippo et al. 2005).


� Somado a tudo isso, há também as dificuldades específicas da área de aplicação, tais como:

◦ como a integração com grandes bases de dados (por exemplo, para as informações geográficas de simulações militares)

◦ e questões de segurança (para aplicações de comércio eletrônico, por exemplo).

Ambientes Colaborativos de RA� Uma vez que a RA é, por definição, fortemente

direcionada para a apresentação e manipulaçãode objetos virtuais, os ambientes prestam-senaturalmente ao compartilhamento destes objetose, consequentemente, ao suporte à Cooperação.

Exemplo de ambiente colaborativo de RA

Ambientes Colaborativos de RA� Quando estes objetos são utilizados para

orientar e direcionar o usuário nas atividades do seu trabalho, os sistemas de RA estão provendo suporte à Coordenação.

� A Comunicação através de objetos virtuais é a menos explorada em ambientes colaborativos de RA, pois estes aproveitam as tecnologias já mais estabelecidas de áudio e vídeo-conferência.

Ambientes Colaborativos de RA� Para Billinghurst and Kato (2002), a principal

característica de ambiente colaborativos de RA é a natureza “sem cortes” da interface RA, onde usuários vêem-se uns aos outros ao mesmo tempo em que vêem objetos virtuais em meio a eles.

� A transição entre o real e o virtual é mais suave, não ficando delimitada pela tela do computador ou pelo mundo virtual dos CVE.

� As interfaces RA para usuários co-localizados, ao contrário de outras tecnologias de CSCW, não fazem a separação entre o espaço de comunicação e o espaço de tarefas

Realidade Aumentada como um meio para a Colaboração

� Classificação dos Sistemas Colaborativos

SÍNCRONOS ASSÍNCRONO

CO-LOCALIZADOS Ex. reunião face-a-face

Ex. Co-autoria

REMOTOS Ex. Videoconferência

Ex. Email


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Realidade Aumentada como um meio para a Colaboração

� Classificação dos Sistemas Colaborativos

REAL SINTÉTICO

CO-LOCALIZADOS Atividade no mundo real

RealidadeAumentada

REMOTOS Telepresença Realidade Virtual

Realidade Aumentada como um meiopara a Colaboração

� Exemplos de sistemas colaborativos de RA

(a) Educação; (b) modelagem 3D ; (c) arqueologia; (d) planejamento

contra desastres;

(e) entretenimento in-door; e (f) entretenimento outdoor



modelagem 3D



Planejamento contra desastres

Realidade Aumentada como um meio para a Colaboração� Aplicações Típicas e exemplos de sistemas colaborativos de

RA (Kiyokawa, 2007)

Considerações de Projeto de AmbientesColaborativos de RA

ARRANJO DO ESPAÇO DE TRABALHO

� Espaços de Trabalho e Comunicação

◦ Para compartilhar informações, tipicamente são usados:

� Mesas

� White boards

� Grandes displays


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◦ Quando o espaço de trabalho compartilhado é uma tela (display) na parede:� Participantes não podem ver as faces e gestos

uns dos outros, enquanto vêem a informação compartilhada na tela




◦ Quando os participantes estão face a face ao redor de uma mesa:� Fácil se comunicar usando pistas de comunicação

não verbais, tais como expressões faciais, gestos e olhares.

� Estas pistas têm um papel grande em comunicação para atrair a atenção.

� Atenções a partir de informações não-verbais são referidos como consciência.

� No que diz respeito à consciência, é útil usar uma tela tipo Mesa (ex. Luminous table - (Ishii et al., 2002))



� Exemplo: Luminous Table (Ishii et al., 2002)

(a) desenhos

(b) Modelos físicos

(c) Análise Digital


ARRANJO DO ESPAÇO DE TRABALHO� Exemplo: Estudantes de planejamento urbano

usando o Luminous Table (Ishii et al., 2002)


ARRANJO DO ESPAÇO DE TRABALHO� Espaços de Trabalho e Comunicação◦ Neste contexto, displays de RA são mais

adequados para apoiar a colaboração face-a-face do que interfaces de mesa, pois normalmente são capazes de mostrar imagens entre os participantes (no ar). ◦ Quando a informação compartilhada

aparece no meio dos participantes, eles podem ver os parceiros e as informações ao mesmo tempo, melhorando a eficiência da colaboração.




◦ Pelo menos, as interfaces co-localizadas de RA têm sido comprovadas para apoiar uma melhor consciência, do que ambientes virtuais compartilhados.

◦ Billinghurst, Belcher, Gupta e Kiyokawa (2003) também relatam que comportamentos de comunicação exibidos em interfaces de RA baseadas em HMD são mais semelhantes aos da colaboração face a face real do que as basedas em telas na parede.


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� Espaços de Trabalho e Comunicação◦ Kiyokawa et al. (2002) exploraram como a

separação entre o espaço de trabalho e o espaço da comunicação afetam a colaboração.

◦ Eles descobriram que, ao apresentar as informações compartilhadas em pleno ar entre dois participantes, a comunicação entre eles se tornou mais natural, social, e mais fácil em comparação com as convencionais configurações de tela na parede e de tela de mesa.


ARRANJO DO ESPAÇO DE TRABALHO� Espaços de Trabalho Pessoal e Público◦ Quando a informação é compartilhada por

múltiplos participantes, é importante que o espaço de trabalho seja dividido em um espaço compartilhado e um número de espaços pessoais◦ Por outro lado, espaços pessoais colocados

próximos do espaço de trabalho compartilhado têm um papel importante em termos de atividade independente e eficiência colaboração (Streitz et al.,1999)



� Espaços de Trabalho Pessoal e Público

� Além disso, um espaço de trabalho pessoal podem ser dotados de um meio em que cada participante possa facilmente acessar e processar informações nele.

� Por exemplo, Nakashima et al. (2005) desenvolveu um sistema de colaboração com o IllusionHole.



Espaços de Trabalho Pessoal e Público

� No espaço de trabalho compartilhado, objetos 2D e 3D podem ser construídos e manipulados.

� Em espaços pessoais (ambientes desktop Windows), os usuários podem acessar simultaneamente aplicativos e dados existentes, e trocar informações entre os espaços de trabalho pessoais e compartilhados.



� Espaços de Trabalho Pessoal e Público


APOIO À CONSCIÊNCIA

Visibilidade do Mundo Real

� Óculos estéreos e HMDs see-through dificultam a visão do ambiente real, em termos de brilho e campo de visão reduzido (Kiyokawa, 2007).

� HMDs video-see-through degradam ainda mais a visibilidade do mundo real em termos de:◦ resolução,

◦ pequena profundidade de campo,

◦ pureza de cor e

◦ latência.


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Visibilidade do Mundo Real

� Ambos os capacetes restringem a visão periférica

� A visibilidade pobre do mundo real degrada a consciência entre os participantes

� Sempre que possível, deve-se considerar a possibilidade de não utilizar qualquer tipo de óculos

� O arranjo do espaço de trabalho também afeta significativamente a visibilidade de outros usuários, conforme discutido anteriormente.



Recuperação da Consciência do Olhar

� Dentre as pistas de comunicação não verbais, a consciência pelo olhar é uma das mais fortes

� Ao observar os olhos dos participantes, os colaboradores facilmente notam que eles estão prestando atenção.

� HMDs video-see-through desabilitam esta característica




� Para recuperar a aparência natural dos olhos, Takemura e Ohta (2002) sobrepuseram um modelo de face sintético na face real do usuário do capacete, utilizando um dispositivo rastreador de olhos.




� Sistema de Takemura e Ohta (2002)


APOIO À CONSCIÊNCIARecuperação da Consciência do Olhar� Sistema de Takemura e Ohta (2002) - Video

ISMAR_MAPEAMENTO_FACIAL_COM.MPE - Atalho.lnk



Melhoramento da Consciência do Olhar

� Tirando proveito da natureza das tecnologias da realidade aumentada, a consciência do olhar também poderia ser "aumentada" ou melhorada, sobrepondo pistas artificiais das direções do olhar no ambiente real.


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APOIO À CONSCIÊNCIAMelhoramento da Consciência do Olhar� Tateno, Takemura e Ohta (2005) propuseram

uma abordagem única para melhorar a consciência do olhar.

� Nesta abordagem, olhos gerados por computador são sobrepostos ao HMD não só para recuperar a consciência, mas também para aperfeiçoá-la, através da introdução de técnicas de desenho dos olhos comumente utilizadas nas histórias em quadrinhos.

� Ao fazer isso, eles conseguiram um melhor reconhecimento da preferência e direção da visão do usuário


PERFEITA INTEGRAÇÃO DE DIFERENTES AMBIENTESPrecisão no Registro� A colaboração é feita invocando entendimentos

comuns sobre a informação compartilhada. � Nesse sentido, erro de registro deve ser minimizado

para compartilhar informações sintéticas no mesmo ambiente entre os participantes.

� Com o registro errôneo, o mesmo objeto virtual aparece em posições diferentes para diferentes usuários no ambiente real.

� Conforme aumenta a erro de registro, gestos como apontar para objetos virtuais se tornarão menos eficazes.


PERFEITA INTEGRAÇÃO DE DIFERENTES AMBIENTES

Transição entre Ambientes Virtuais e Aumentados

� Um ambiente colaborativo de RA e um CVE são complementares em termos do suporte à consciência e flexibilidade

� Uma das vantagens dos CVEs é que podem suportar o controle independente dos pontos de vista do usuário e fatores de escala




� Por exemplo, a próxima Figura mostra uma situação em SeamlessDesign (Kiyokawa et al 2000), onde dois usuários estão observando a mesma sala virtual a partir de diferentes pontos de vista e os fatores de escala.




� Exemplo no SeamlessDesign (Kiyokawa et al., 2002)




� Exemplo de transição entre espaços de trabalho em RA e RV


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� Exemplo de transição entre espaços de trabalho em RA e RV

Augmented floor plan (2009)(360p_H.264-AAC).mp4 - Atalho.lnk


PERFEITA INTEGRAÇÃO DE DIFERENTES AMBIENTESTransição entre Ambientes Virtuais e Aumentados� A flexibilidade nas relações espaciais ajudam

atividades paralelas em colaboração 3D. � No entanto, devido à má consciência dos

participantes remotos e latência de comunicação, os participantes num CVE muitas vezes enfrentam dificuldade significativa em reconhecer o que os parceiros estão fazendo.



Compatibilidade com Ambientes de Computação Convencionais

� Compatibilidade com ambientes convencionais de desktop é uma importante característica no projeto de ambientes colaborativos

� Em ambientes reais face-a-face, cada participante traz seu próprio laptop como espaço de trabalho pessoal




� Cada participante sabe como melhor utilizá-lo na colaboração

� Por outro lado, os sistemas de RA muitas vezes tentam substituir completamente as interfaces convencionais por outras novas.

� No entanto, como os sistemas de RA se tornam mais comuns, a integração de RA e interfaces convencionais devem ser exploradas.




Alguns sistemas colaborativos de RA também tentar integrar ambientes de computador convencional na área de trabalho 3D




Drag & drop de objetos virtuais


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Dispositivos de Display em Ambientes colaborativos de RA

� Uma série de dispositivos de visualização diferentes foram utilizados para colaboração 3D co-localizados, cada um com diferentes vantagens e desvantagens, conforme resumido na Tabela 1


Tabela 1-Características dos Dispositivos de Visualização com respeito à Colaboração (parte 1)


Tabela 1-Características dos Dispositivos de Visualização com respeito à Colaboração (parte 2)



� Displays Volumétricos◦ Apresentam a verdadeira imagem 3D sem a

necessidade de um par de óculos para um número arbitrário de observadores ao mesmo tempo


Dispositivos de Display em Ambientes colaborativos de RA� Displays Volumétricos (exemplos – video 1)

Sony 360° Auto-stereoscopic Video Display _ DigInfo(37,1080p).wmv - Atalho.lnk


Dispositivos de Display em Ambientes colaborativos de RA� Displays Volumétricos (exemplos – video 2)

Intel Core i7 Processor & 3D Holographic Display at 2009 CES Show in Las Vegas(240p_H.264-AAC).wmv - Atalho.lnk


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Dispositivos de Display em Ambientes colaborativos de RA� Holografia (exemplos – videos 3 e 4)

ViTech big size 3D hologram projection(360p_H.264-AAC).mp4 - Atalho.lnk

Amazing Hologram by Intel(360p_H.264-AAC).mp4 - Atalho.lnk



� Displays Estereoscópicos Multiplexados◦ Técnicas de projeção permitem suporte dinâmico à

visualização 3D multiusuário



� Head Mounted Displays◦ Video See-Through

◦ Optical See-Through



� Handheld Devices◦ Os participantes podem sentar-se em torno de um

espaço de trabalho compartilhado, cada um com um handheld e olhar para o mesmo conteúdo.

◦ Permite aos usuários trocarem sinais não-verbais.



� Handheld Devices (exemplo)


Dispositivos de Display em Ambientes colaborativos de RA� Handheld Devices (AR Pad – video exemplo)

The Augmented Reality Pad (AR PAD) (2001)(360p_H.264-AAC).wmv - Atalho.lnk


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� Sistemas Baseados em Projeção não estéreo◦ Ao contrário de projeção estéreo, os sistemas não-

estéreo baseada em projeção não exigem óculos pesados e podem suportar um número arbitrário de usuários


Sistemas Remotos

� Alguns sistemas colaborativos de RA permitem a coloboração remota sobre uma rede

� Podem ser de dois tipos:

◦ Sistemas Simétricos

◦ Sistemas Assimétricos


Sistemas Remotos - Simétricos

� Sistemas simétricos suportam a colaboração face-a-face remoto, apresentando um único sistema reproduzido.

� Eles virtualmente conectam diferentes localizações em um ambiente real



� Exemplo 1



� Exemplo 1 –video avatar 2.5 D



� Exemplo 1 –video avatar 2.5 D (exemplo-video)

Video Avatar Research(240p_H.264-AAC).wmv - Atalho.lnk


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Sistemas Remotos - Assimétricos

� Sistemas assimétricos, por outro lado, são normalmente utilizados quando há uma tarefa específica para executar em um dos locais do usuário, ao passo que outros usuários observam e ajudam a resolver a tarefa de forma cooperativa através da rede, geralmente a partir do mesmo ponto de vista.


Sistemas Remotos - Assimétricos

� Sistemas assimétricos (exemplo – um sistema de instrução remota)

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