Virtual Reality: An Introduction

Rodrigo Luis de Souza da Silva

LNCC/MCT - UFRJ/COPPE - UNESA

Contents� What is Virtual Reality� Types of VR� VR Devices� VR Applications� LNCC Projects

What is Virtual Reality� “Virtual Reality is a way for humans to

visualize, manipulate and interact withcomputers and extremely complexdata”In “The Silicon Mirage: The Art and Science of Virtual Reality” (SteveAukstakalnis & David Blatner)

Types of VR� Immersive

� (mouse, keyboard, screen, microphone etc)

� Non-immersive� (HMD, Dataglove, 3D Mouse etc)

VR Devices� HMD (Head Mounted Display)

VR Devices� Shutter Glasses

VR Devices� Data Glove and 3D Joystick

VR Devices� Immersa Desk

VR Devices� Cave & Infinity Wall

Applications� Building Sector

Applications� Medicine

Applications� Arts

Applications� Government

Applications� Training

Applications� Engineering

Applications� Scientific Data

Applications� Distribuited

Conferencing & Virtual Meeting

Applications� Distributed Engineering

LNCC Projects� Scientific Visualization� Low-cost Collaboration through CAVE� VR applied in Hemodynamics

Realidade AumentadaIntrodução

Rodrigo Luis de Souza da Silva

LNCC/MCT - UFRJ/COPPE - UNESA

Tópicos da Apresentação� O que é Realidade Aumentada� Motivação� Componentes� Display Technologies� Problemas� AR vs. VE� Bibliotecas� ARToolKit� Onde melhorar...� Bibliografia

O que é Realidade Aumentada

� Variação da Realidade Virtual Convencional

� Combina objetos do mundo real com objetos do mundo virtual

O que é Realidade Aumentada

� Interatividade em tempo real

� Meio termo entre telepresença e ambientes colaborativos

� 3D - Registration

Motivação

� Amplia a percepção do usuário

� Habilidade de mostrar ao usuário informaçõesque não estão presentes realmente

� Auxilia usuários a realizar tarefas reais

Principais componentes de um sistema de Realidade Aumentada� Gerador de cena� Sistema de Tracking� Display

Display technologieso Optical–See-Trougho Video-See-Trougho Monitor-Based ARo Projector-Based AR

Display technologiesHead-Mounted Display - Optical-See-Trough

Display technologiesVirtual Retinal Systems - Optical-See-Trough

Display technologiesHead-Mounted Display - Video-See-Trough

Optical see-through vs. Video see-through

� Vantagens do Optical see-through�Simplicidade (um stream e sem distorções)�Resolução (não altera mundo real)�Segurança (falha no sistema)�Ausência de offset (eye-position)

Optical see-through vs. Video see-through

� Vantagens do Video see-through�Estratégias de composição mais fáceis�Campo de visão (distorções a distância)�Tratamento de delays facilitado�Mais possibilidades de registro (3D)�Controle do brilho e contraste facilitado

Display technologiesMonitor-based

Projector Based ARDisplay technologies

AR vs. VE

� Gerador da cena

� Display

� Dispositivos de Tracking (Registration)

Problemas da Realidade Aumentada

� Foco e contraste

� Portabilidade

� Registration

Registration Problem� Distorção da câmera� Erros de Tracking� Parâmetros incorretos de visão (Calibração da

câmera)� Erros dinâmicos

Bibliotecas� ARToolkit� Intel OpenCV� Intel IPL� Studierstube

ARToolKit� Biblioteca pública

(Código Aberto)

� Capacidade de calcular posicionamento e orientação da câmera

� Objetos virtuais são projetados sobre os marcadores

ARToolkit – Como funciona?1. Captura de vídeo pela câmera2. Software procura por formas “quadradas” em cada frame3. Se o quadrado for encontrado, software calcula matematicamente

a posição da câmera em relação ao mesmo4. Uma vez encontrada a posição da câmera, um modelo gráfico é

renderizado na posição equivalente5. Por estar sendo renderizado sobre o vídeo, temos a impressão

do objeto estar sobre o marcador6. Após calculada, a saída é gerada no display do usuário.

ARToolkit

ARToolKit - Examples

ARToolKit - Examples

ARToolKit - Examples

ARToolKit - Examples

ARToolKit - Examples

Onde pode melhorar...

� Abordagens Híbridas� Sistemas em tempo real� Portabilidade� Custo

Bibliografia� AZUMA, R. T. A Survey of Augmented Reality. Presence: Teleoperators and Virtual

Environments 6, 4 (August 1997), 355 - 385. Earlier version appeared in CourseNotes #9: Developing Advanced Virtual Reality Applications, ACM SIGGRAPH (LosAngeles, CA, 6-11 August 1995), 20-1 to 20-38.

� TUCERYAN, M. et al. Calibration Requirements and Procedures for a Monitor-BasedAugmented Reality System (1995). IEEE Transactions on Visualization andComputer Graphics.

� RASKAR, R. LOW, K. Interacting with Spatially Augmented Reality. ACM Afrigraph, 2001.

� SCHWANN, G. Physically Based Animation in an Augmented Reality Environment. CESCG, 2001.