Realidade Virtual

Márcio Ferreira Barrosbfmarcio@dsc.ufpb.br

Roteiro•Interfaces Não-Convencionais;

•Definição de RV;

•Contextualização Historica da RV;

•Ambientes Virtuais Distribuídos;

•Periféricos para RV;

•Aplicações;

•RV em Medicina;

•Referências;

TelepresençaTelepresençaTelepresença é uma situação, onde uma pessoa está Telepresença é uma situação, onde uma pessoa está objetivamente presente num ambiente real que está separado objetivamente presente num ambiente real que está separado fisicamente da pessoa no espaço; fisicamente da pessoa no espaço;

Tipos de Sistemas com Interfaces Não Convencionais

Tipos de Sistemas com Interfaces Não Convencionais

Realidade VirtualRealidade 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 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 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 Realidade Virtual

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.

Definição

CaracterísticasCaracterísticas

•Meio de comunicação

•Interação intuitiva no espaço 3-D em

tempo-real

•IMERSÃO, INTERAÇÃO e PRESENÇA

•Interface por canais multi-sensoriais

Exemplo

• 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, real- time 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)

•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)

A História de uma Idéia

•Cinerama (1952) – 3 projetores

•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 (!)

A História de uma Idéia

Estrutura de um Sistema de Realidade Virtual

Tipos de Sistemas de RV Multi-Usuários

•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;

Requisitos de Ambientes Virtuais DistribuídosRequisitos de Ambientes Virtuais Distribuídos

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• 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

• ImprecisosReceptoresposicionados em “L”

Data Gloves

• Sensores de flexão para os cinco dedos

• Sensor de posição absoluta do punho

DataGlove

Joystick 3DTrackball 3D

Dispositivos interativos

Haptic and Force Feedback• Permitem a sensação de tato

• Tactile feedback: por “vibradores” ou bolhas de ar

• Force feedback: permite asimulação de restrições físicas

• Exoesqueletos

Caverna Digital

Cave

Ambiente Imersivo 3DMultiusuário

Periféricos para Realidade Virtual

Digitalizador 3D

Sensores Especializados

Periféricos para Realidade Aumentada

ImmersaDeskDisplay 3D sincronizado com óculos Polaroid e joystick 3D

Feedback Visual/Auditivo

AtuadorAtuador

UsuárioUsuário

ComputadorComputador

Imagem 3D

Sensores

AtuaçãoPosição

Coordenaçãovisuomotora

Feedback de Forças

AtuadorAtuador

UsuárioUsuário

ComputadorComputador

Imagem 3D

Sensores

AtuaçãoPosição

Coordenaçãovisuomotora

Feedback

Feedback

•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

EntretenimentoEntretenimento

•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 cientifícasAplicações cientifícas•Visualização de superfície planetárias;•Síntese molecular;•Análise de comportamento de estruturas atômicas e moleculares;•Análise de fenômenos físico-químicos;

Aplicações

Engenharia, design e arquiteturaEngenharia, design e arquitetura

Educação e treinamentoEducação e treinamento•Laboratórios Virtuais;•Vídeo-conferência ;•Consulta a bibliotecas virtuais;

Comércio EletrônicoComércio 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

•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."

AplicaçõesAplicações

Forças armadasForças armadas

Realidade Virtual Realidade Virtual em Medicinaem Medicina

Áreas de Aplicação

• PlanejamentoPlanejamento• ImagenologiaImagenologia• Endoscopia virtualEndoscopia virtual• Cirurgia virtualCirurgia virtual• BiomecânicaBiomecânica• TelecirurgiaTelecirurgia• Mundos artificiaisMundos artificiais• BiosimulaçãoBiosimulação

Simulação de Endoscopia

Manipuladores Tridimensionaiscom Sensores Digitais

Endocirurgia Laparoscopia

Simulação de Endoscopia

Manipuladores Visualizadores

Estação de Simulação

Imagensgeradasem 3D

Simulação de Cirurgia Videolaparoscópica

Treinamento por Realidade Virtual

Venopunção

Ureteroscopia

Treinamento por Realidade Virtual

Simulação de MicrocirurgiasStand com micromanipuladores

Visão do campo cirúrgico simulado

Simulação de Microcirurgias

Realidade AumentadaVirtual Temporal Bone

ImmersaDesk comÓculos Polaroid eJoystick 3D

Superposição de Imagens

Visão do cirurgiãoTomografia 3D do cérebro

Cirurgião comHMD

Software de Desenvolvimento de RVSoftware de Desenvolvimento de RV

ReferênciasReferências

Realidade Virtual e a Exploração do Espaço Cibernético – Apresentação do Livro

http://br.geocities.com/infoeducabr/rv/