VRINMOTION: Utilização de Realidade Aume ntada no sector … · 2014-04-03 · VRINMOTION:...

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2 RISTI, N.º 7, 06/2011

efeito, a RA é uma escolha natural em termos de tecnologia para suportar a visualização do design de interiores, permitindo desenvolver produtos diferenciados e inovadores na área do mobiliário.

Neste contexto, dever-se-á considerar uma análise exaustiva à Interacção Humano-Computador (IHC), uma vez que esta procura implementar sistemas computacionais eficientes, produtivos, seguros, funcionais e agradáveis, bem como entender a interacção dos utilizadores com esses sistemas. A IHC apresenta, desta forma, grandes contributos que permitem a adaptação do design de tais sistemas que, neste contexto, integra a RA em dispositivos portáteis.

O VRINMOTION permite entrar num imóvel, simular e visualizar em RA, a aplicação de um conjunto de peças de mobiliário, experimentar as respectivas disposições, materiais, cores e acabamentos, de forma simples e rápida. É assim, um projecto que visa oferecer uma experiência imersiva aos utilizadores, permitindo uma pré-visualização de realidade mista da sua própria casa ou de outro espaço interior do seu interesse, inserindo móveis virtuais e diferentes tipos de elementos de decoração. Nesse cenário de utilização, o utilizador final, com o auxílio de óculos especiais (para a RA) e um dispositivo portátil capaz de algum processamento, será capaz de pré-visualizar a decoração da sua casa (enquanto caminha por ela), antes que esta seja mobilada efectivamente. Embora a RA já seja um campo de investigação com algum tempo de existência, estão em aberto muitas questões que devem ser devidamente atendidas para ser possível a criação de uma realidade mista convincente. Algumas destas questões são muito sensíveis no âmbito do projecto VRINMOTION.

Todo o trabalho apresentado insere-se no âmbito do projecto VRINMOTION, co-financiado pelo QREN – I&D em co-promoção, com o nº 13709. Este projecto tem como líder a Meticube - Sistemas de Informação, Comunicação e Multimédia Lda. e inclui como parceiros a SPI - Sociedade Portuguesa de Inovação S. A. e o CCG – Centro de Computação Gráfica.

A secção 2 sintetiza o estado-da-arte em termos de RA e SLAM (Simultaneous Localization and Mapping). Ambas as áreas compõem a base científica e técnica do projecto VRINMOTION. A secção 3 apresenta o modelo conceptual e sua descrição técnica. Finalmente, a secção 4 apresenta o resultado da implementação e conclusões alcançados até agora, enquanto a secção 5, o trabalho futuro a ser desenvolvido.

2. Base Científica

O VRINMOTION foi projectado e está a ser desenvolvido tendo em consideração duas principais áreas de visão por computador: 1) RA com marcas e 2) técnicas de SLAM. Estas duas áreas foram consideradas essenciais para alcançar o objectivo principal do VRINMOTION, que é oferecer uma experiência imersiva ao utilizador final, enquanto este visualiza a decoração de um espaço fechado, em tempo real. Esta secção resume o estado-da-arte em ambos os casos e, principalmente, os seus desafios futuros.

2.1. Realidade Aumentada

A RA (Bimber & Raskar, 2005; Lu & Smith, 2007) é uma tecnologia que tem vindo a ser aplicada com sucesso na visualização de produtos, a nível da sua comercialização,

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Sistemas e Tecnol

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RISTI Revista Ibérica de Sistemas e Tecnologias de Informação

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Como é necessário ainda um grande desenvolvimento e aperfeiçoamento nesta área, os algoritmos em SLAM continuam a ser alvo de intensa pesquisa e consequente aproveitamento na área de RA.

A maioria das aplicações em RA utiliza marcas predefinidas (Chekhlov, Gee, Calway & Mayol-Cuevas, 2007) ou modelos que simplifiquem os algoritmos necessários para o posicionamento e criação de visualizações aumentadas. Essas aplicações impõem restrições sobre as áreas de operação e a própria interactividade. Para um grande número de aplicações em RA, o objectivo é de pré-visualizar objectos físicos. Isto exige sistemas com uma elevada precisão, robustez e interactividade que, em conjunto, podem detectar posições e orientações de ponto de vista, sem nenhum conhecimento prévio. As técnicas de SLAM são técnicas que podem ajudar muito a colmatar esses desafios.

Embora os problemas fundamentais do SLAM estejam a ser intensamente pesquisados em termos de complexidade computacional, no que diz respeito à representação do mapa do espaço visual e à associação dos dados visualizados (T Bailey & Durrant-Whyte, 2006, T. Bailey, 2006) muitas questões ainda permanecem por responder. O desafio mais importante ainda é o desenvolvimento de algoritmos que consigam lidar com a visualização de espaços complexos, amplos e pouco estruturados (Andreasson, Duckett, & Lilienthal, 2007). As dificuldades incluem erros de linearização e detecção devido à pouca estruturação do espaço em si (muitos anteparos, não linearidade da luz, etc.).

Muhammad, Fofi e Ainouz (2009) apresentaram uma extensa classificação do estado-da-arte da visão baseada em técnicas de SLAM em termos de (i) sistemas de imagem utilizados para executar o SLAM, que incluem câmaras individuais, pares estéreo, câmara com múltiplas plataformas e sensores catadióptricos, (ii) características extraídas do ambiente a fim de realizar o SLAM, que incluem informação geométrica, (iii) a inicialização de marcos, que pode ser com ou sem atraso, (iv) técnicas de SLAM utilizadas, que incluem extensões às técnicas de filtragem de Kalman (Yan, Guorong, Shenghua & Lian, 2009), a técnicas inspiradas na biologia como a de RatSLAM, e outras como a de Local Bundle Adjustment, e (v) a utilização de odometria.

Estudos extensos sobre os métodos de SLAM e investigação científica relacionada são apresentados por T Bailey & Durrant-Whyte (2006ª) e T Bailey (2006). Estes autores descreveram os problemas essenciais do SLAM, bem como os recentes avanços em métodos computacionais e em novas formulações do problema de SLAM em grande escala e em ambientes mais complexos. Finalmente, em termos de plataformas, já existem algumas soluções disponíveis, embora em número significativamente menor em comparação com a RA com marcas, sendo a maioria delas, na verdade, bibliotecas que podem ser incluídas no código. Alguns exemplos são dados por: PTAM (Nuetzi, Weiss, Scaramuzza & Siegwart, 2010, Isis Inovation, 2008) SceneLib (Davison, Andrew and Smith, Paul, 2003), Bayes ++ ou FastSLAM 2.0 (Zhang, Meng, & Chen, 2009) para Matlab.

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o, chegamos e outra par

s dois tipos d

OBJ referente partir de umcheiro ZIP ou ainda outrimportação exemplos d

7

te o. e e al os na o Se

or ão m

do ço

e 4) ão c; in

à ra de

es m ou ro e de

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VR

8

NamdedeUmcousmca

Atvisnoapde

3.

A desedevasise ascrco

É IHofre

RINMOTION: Util

a base de damais flexível,

efinidas será e mobiliário ma cena cor

onforme se psar como inp

mobiliário assapturadas, at

Figura 6. E

través do edisualizar o moção se o mpreciação quae decoração,

.1. Processo

RA, pela suesafio à IHCelecção e adeeste modo, ualorização e stema (Saffermesmo dos

ssim forneceriar experiêncomunicam e i

neste contexHC, foi um asferecer ao seceal, usando d

lização de Realida

ados de marc nomeadame em número (número márresponderá ode ver na fi

put um XMLsociados, qutravés do disp

Ecrãs ilustrativ

itor, o utilizamobiliário demobiliário sealitativa do r criando para

o e estudo d

ua complexidC (Interacçãequação dasum novo paaproveitamer, 2009), que gestos. O d

er um suportcias que melinteragem (P

xto, que a usspecto considctor do mobi

dispositivos p

ade Aumentada no

cas existirá uente acresce suficiente paáximo elemea uma lista

igura 6 (coluL, representanuando as respositivo de e

vos do design

ador poderá e uma sala, ce integra no resultado. O ua isso várias c

de Usabilid

dade na criaão Humano-s técnicas paaradigma no ento de todoer seja atravé

design de intte às actividlhorem e estePreece, Roger

sabilidade, coderado no priliário um pr

portáteis e for

o sector mobiliário

uma lista préntar outras ara ser possíentos mobili de associaçõna mais à dirndo esta listpectivas mantrada de víd

da interface gr

criar diferencozinha, qua espaço a sutilizador tamcenas.

dade

ção de um a-Computadorara a RA em design de i

o o corpo hués do movimteracção (Heades das peendam a mar, Sharp & W

omo uma darojecto VRINoduto que inrnecendo um

o, 1-16

é-definida demarcas. O n

ível criar ceniário = númeões entre umreita). No fina e apresent

arcas forem deo disponív

ráfica inicial d

ntes tipos dearto, etc, tenser visualizadmbém pode

ambiente imr) no que r

m dispositivointeracção, q

umano para mento do corp

eo, Sahyun &essoas, seja naneira como aWiley, 2002).

as principais NMOTION, untegre objectm alto nível d

RISTI, N

e marcas quenúmero de

nas com várioero marcas dma marca e nal, o visualiztará todos osdetectadas n

vel nos óculo

do editor VRIN

e cenas, confndo imediatado, podendo testar várias

mersivo, aprerespeita à mos portáteis.que passa prealizar acçõ

po, quer atrav& Song, 200no lar ou noas pessoas tr

componenteuma vez queos virtuais co

de imersão e

.º 7, 06/2011

e poderá sermarcas pré-

os elementosdisponíveis).um modelo,zador RA irá modelos de

nas imagenss de RA.

NMOTION

forme queiraamente umao fazer uma alternativas

esenta novosmanipulação,

Assume-se,ela evidenteões com umvés do toque

07) pretendeo trabalho, erabalham, se

es de estudo se pretendeom o mundorealismo.

r -s . , á e s

a a a s

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RISTI Revista Ibérica de

RISTI, N.º 7, 0

O sucesso de(designers dedecoração, en(ISO, 1998) ambiente virt

No âmbito dese responderas acções no alcançar os outilizadores anecessitam prelação à exaque é que os conforto a ac9241 enquad

Figura 7. Est

A integraçãocentro do ddesenvolvimedesenvolvime13407 standacontexto de organizacione alta-fidelidaempíricos deproblemas; 5finais, assim

A primeira f(potenciais ucada uma d

Sistemas e Tecnol

06/2011

este projecto e interiores, ntre outros dcom os disptual e a mod

este projector às seguinte ambiente reobjectivos esatingem objpara atingir actidão e inte utilizadoresceitabilidaderada neste p

trutura da usa

o da compondesign (useento, apresenento. O procard (ISO, 19 uso e esp

nais; 2) Desigade; 3) Imple usabilidade5) Avaliação: como monit

fase de anáutilizadores),das tipologia

logias de Informa

depende em arquitectos,do ramo mob

positivos e coificação dos

o, a nível dass questões: ieal, sendo esstabelecidos?ectivos espe os objectivoegridade coms pensam sobe do uso). A rojecto.

abilidade. Inte

nente de usaber-centered ntando-se tacesso de des999), tendo pecificar os gn: Desenvolvlementação; e, bem com: Obter feedbtorizar e cont

álise do proj tendo sido

as: (1) Vend

ção

m grande part, decoradorebiliário) de monteúdos intobjectos de f

medidas de i) Os utilizadstas reproduz? (Eficácia: aecificados.); ios definidosm que os utilbre a facilidafigura 7 ilust

ernational Org

bilidade nesdesign) do

ambém comosign para sisadoptadas c

utilizadorever o design Implementa

mo executar back e padrõtrolar a utiliz

jecto contouelaborados 3

dedores/dist

te da interaces, cidadão cmaneira efictegrados, performa rápida

usabilidade dores consegzidas no amba precisão eii) Que esfo? (Eficiêncializadores alcade do uso dtra a estrutu

ganization for

ste projecto, produto eo participantstemas intercinco fases:

es e as nec conceptual e

ar uma avaliao design deões de uso pzação no cont

u com um t3 tipos de gtribuidores;

ção dos utilizcomum, comciente, eficaz rmitindo a ea e fácil.

acima referiguem executabiente virtua

e completuderço é que oa: os recurscançaram as do produto? (ura de usabil

Standardizati

coloca os ute do ciclo tes activos noactivos, base 1) Análise: cessidades ie criar protótação heurístie interacção por parte dotexto real de

total de 35 uiões, direcc(2) Influen

9

zadores finaim interesse n

e satisfatóriexploração d

idas, procuraar as tarefas al, de forma e com que os utilizadoreos gastos emmetas); iii) O

(Satisfação: Olidade da ISO

on ISO 9241.

tilizadores nde vida d

o processo deia-se na ISOPerceber e

individuais tipos de baixca e/ou testepara corrigis utilizadore uso.

participantecionados par

nciadores; (3

9

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do

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VR

10

UtreexdosuelarecaNefadireUn

4.

A coMXNdotegrcaap(2NVno

Oscoco

OsSees

RINMOTION: Util

0

tilizador/conespostas abexpectativas eo produto. ubmetidos a aborado o q

equisitos seleada um dos eutral; 4. Poce à ausênsfuncional).

equisitos denidimension

. Resultad

primeira veompany, 200

Microsoft VisuNA 4.0. Os mos modelos fr a mesma r

randes dimenapaz de corrplicação está2.26GHz/2.53Vidia GeForomeadament

s resultadosontribuíram onceito base d

s resultados er competitivstiverem, ma

lização de Realida

nsumidor. Oertas, permie necessidade

Obteve-se d análise do mquestionário eccionados. Nrequisitos se

osso tolerar; ncia e prese Os resultado

entro de unal, Atraente,

dos e Conc

ersão do pro08), biblioteual Studio 2modelos estãforam melhoresolução (nnsões. Este rer em máqá a ser testad3 Turbo GHrce GT 310te iWear920

s da avaliaçpara a coorda interface.

indicam quvo nos requisaior satisfaçã

ade Aumentada no

Os guiões apitindo decoes dos entrevdesta formamodelo de K(Kano), de Neste sentidegundo uma 5. Não gostoença de cados do questioma das se, Indiferente

clusões Re

otótipo foi imeca de códi010, tendo c

ão em formatorados (insernúmero de ppormenor é

quinas com mda em um laHz), TFT 13,

M. Para a da Vuzzix.

ção dos reqdenação do

Figura 8. Ca

e o produto sitos Unidimão geram no

o sector mobiliário

presentavamompor de fvistados, e re

a uma lista Kano (Heo, P

modo a obtedo, os inquira escala qualo), revelandoda um destonário permieguintes 5 ou Question

elevantes

mplementadaigo aberto. como linguato OBJ, emboridas textura

pixels) para a relevante umenor pode

aptop Toshib,3 TB "WXGvisualização

quisitos estru design, nom

ategorias de re

VRINMOTImensionais (r

os clientes)

o, 1-16

m entrevistasforma sistemeflectiram a de 19 req

Park, & Songer uma adeqridos foram litativa (1. Go posteriormtes requisitoitiram a classcategorias

nável.

a em C + + O editor fo

agem base C#ora possam uas) no Mayaa largura e ma vez que

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uturados pomeadamente

equisitos.

ION deverá prequisitos qu(2) Permitir

RISTI, N

s semi-estrumática as d definição do

quisitos, posg, 2007). Parquada categoconvidados

Gosto; 2. Temmente como os (análise sificação de cpossíveis:

e com IrrARoi desenvolv# e utiliza autilizados ou 8.0. As texta altura, sen a aplicação ssamento e 500, Intel CoDR3 1.066Ms aos óculo

or categorias para a estr

predominanue quanto mar “encantar”

.º 7, 06/2011

uturadas, dedificuldades,os requisitossteriormentera efeito, foiorização dosa classificar

m de ser; 3.se sentiriamfuncional ecada um dosObrigatório,

R (Nightsoftvido com o Framework

utros. Algunsturas devemndo evitadas deve de sermemória. Aore i5-430MHz, 500GB,

os para RA,

s (figura 8)uturação do

temente: (1)ais presentes os clientes,

e , s e i s r .

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A M

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apostando no preenchimento de alguns dos requisitos Atraentes (aqueles que permitirão alcançar diferenciação do novo produto no mercado).

No cruzamento da classificação dos requisitos com a respectiva avaliação de importância, foi possível chegar a um conjunto de requisitos prioritários, listados na figura 10.

Os requisitos prioritários considerados foram: 1) Ser fácil de utilizar; 2) Permitir personalizar/manipular os objectos/mobiliário no momento de apresentação ao cliente; 3) Ser leve e portátil; 4) Permitir alertar algumas dimensões do mobiliário/objectos em tempo real; 5) Conseguir transmitir os pormenores de acabamento; 6) Ser compatível com o software mais utilizado na área; 7) Ter alta qualidade de visualização – foto realismo; 8) Apresentar a escala real dos objectos e dos espaços; 9) Projectar catálogos virtualmente; 10) Permitir visualização simultânea pelo utilizador e técnico de apoio; 11) Permitir simular iluminações, sombras e reflexos; 12) Não ter fios.

Destacamos alguns aspectos relevantes quanto às expectativas dos potenciais utilizadores, nomeadamente a facilidade e simplicidade do sistema VRINMOTION, a interacção com os objectos sintéticos do mobiliário. Outro aspecto a realçar é a necessidade da ergonomia do sistema, visto que segundo os participantes, este deverá ser compacto, leve e portátil, não comprometendo, desta forma, o desempenho do mesmo.

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VR

12

5.

O sembaem

Nequimársede

RINMOTION: Util

2

Figur

. Trabalh

trabalho futem marcas, a

melhoria das aseada nos rem todas as fa

esta fase do ue reflectiu o

mplementaçãrea) e testes ee avançar cometectados.

lização de Realida

ra 10. Resultad

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turo contempa implemen interfaces cesultados ob

ases de desen

projecto, apo desenvolvimão de uma avempíricos dem a execuçã

ade Aumentada no

dos da avaliaçã

pla a geraçãotação das de

com o utilizabtidos a partinvolvimento d

pós a avaliaçmento concepvaliação heure usabilidade

ão do design

o sector mobiliário

ão de requisito

o de RA no vemais funcioador final, cr da avaliaçãdo produto.

ção dos resulptual e criaç

rística (inspece (com poten de interacçã

o, 1-16

os do projecto

visualizador onalidades pcomo um toão do estudo

ltados da prção dos protócção da inter

nciais utilizadão para corr

RISTI, N

o VRINMOTIO

utilizando apendentes noodo. Essa m de usabilida

rimeira etapaótipos iniciaisrface com espdores finais)

rigir possívei

.º 7, 06/2011

ON.

a abordagemo editor e aelhoria será

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a de análise,s, segue-se apecialista da

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m a á o

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A nível de tecnologia, pretende-se avaliar a utilização do VRINMOTION em plataformas com características técnicas bem distintas – óculos de RA e Pads.

Alguns dos principais desafios futuros incluem a representação gráfica com razoável realismo, dos objectos a serem inseridos na imagem captada do mundo real. Como a iluminação no mundo real não pode ser totalmente controlada ou prevista, o modelo sintético é processado de acordo com um modelo fixo de iluminação, que pode não coincidir com o que realmente existe no mundo real (posição das fontes de luz, intensidade, orientação, cor, etc.). Outra questão sensível é que o factor de escala do modelo sintético que deve ser processado de acordo com a posição e distância do ponto de vista do utilizador final e proporcional ao tamanho dos objectos reais que estejam próximos. Estes aspectos devem ser devidamente controlados. A oclusão das marcas pode causar efeitos indesejáveis e a capacidade de processamento do hardware pode trazer graves impactos no desempenho global do sistema (cintilação da imagem e instabilidade), especialmente quando o objecto sintético apresenta um elevado grau de detalhe.

Em termos de RA sem marcas, muitos outros desafios ainda podem ser adicionados. Como o reconhecimento de formas e/ou posições deve ocorrer de forma automática, a exigência e complexidade algorítmica ainda constitui uma grande limitação técnica.

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