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Realidade Virtual

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by

Cris Barbara

on 26 September 2013

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Transcript of Realidade Virtual

Cristhiane Barbara
NA PRÁTICA
Realidade Virtual
Acadêmicos:
Andriel Luersen
Existem atualmente muitos conceitos aceitos para a Realidade Virtual (RV), de uma forma simplificada pode-se dizer que RV é uma área relacionada com as novas gerações de interface do usuário, facilitando sua interação com as aplicações computacionais.
Conceitos
Ela é um paradigma pelo qual usa-se um computador para interagir com algo que não é real, mas que pode ser considerado real enquanto está sendo usado.
Realidade virtual é uma interface avançada para aplicações computacionais, que permite ao usuário navegar e interagir, em tempo real, com um ambiente tridimensional gerado por computador, usando dispositivos multisensoriais.
A RV é um ambiente e/ou tecnologia que provoca sensações geradas artificialmente que levam o usuário a tomar como real um mundo sintético.
HISTÓRICO
O termo Realidade Virtual (RV) foi cunhado no final da década de 1980 por Jaron Lanier, artista e cientista da computação que conseguiu convergir dois conceitos antagônicos em um novo, capaz de captar a essência dessa tecnologia: a busca pela fusão do real com o virtual. No entanto, foi muito antes da denominação definitiva que surgiram as primeiras propostas e os primeiros resultados que alicerçaram a Realidade Virtual.
A Realidade Virtual teve início na indústria de simulação, com os primeiros simuladores de voo construídos pela força aérea dos EUA logo após a Segunda Guerra Mundial.
A indústria de entretenimento também teve um papel importante ao construir um simulador chamado Sensorama. Tal simulador era uma espécie de cabine que permitia a imersão de apenas uma pessoa e combinava filmes 3D, som estéreo, vibrações mecânicas, aromas provocados por produtos químicos e ar movimentado por ventiladores; tudo isso para proporcionar ao espectador uma viagem multisensorial. O Equipamento inventado em 1957, foi patenteado em 1962 por Morton Heilig e já utilizava um dispositivo para visão estereoscópica.
ESTEREOSCOPIA:
Fusão de duas imagens projetadas nos olhos de pontos de observação diferentes, pelo cérebro, dando a sensação da profundidade, distância, tamanho e posição dos objetos, gerando, com isso, a sensação da visão em 3D.
ESTEREOSCÓPIO:
inventado em 1938 por Charles Wheatstone.
Alguns passos foram importantes para a evolução da RV. Destaca-se seu início em 1963, nos Estados Unidos, quando foi inventado o Sketchpad, resultado da tese de doutorado de Ivan Sutherland, aluno da Universidade de Harvard. Este editor gráfico permitia a manipulação de figuras tridimensionais em tempo real.
Na década de 1960, logo após criar o Sketchpad, sistema que originou as bases do que hoje se conhece como computação gráfica, com a idéia de desenhar objetos diretamente na tela do computador por meio de uma caneta ótica, Ivan passou a trabalhar no que chamou de “Ultimate Display” enquanto era professor na Universidade de Utah e produziu, no final da década de 1960, um aparato monocular, para a empresa de helicópteros Bell, que era um capacete chamado Head Mounted Display (HMD), necessário para a navegação na RV, o primeiro capacete de realidade virtual, precursor de uma série de pesquisas e desenvolvimentos que hoje possibilitam diversas aplicações.
Na mesma época em que Sutherland criava seu vídeo-capacete na Universidade de Utah, Myron Krueger experimentava combinar computadores e sistemas de vídeo, criando
Realidade Artificial
na Universidade de Wisconsin. Em 1975, Krueger criou o VIDEOPLACE, no qual uma câmera de vídeo capturava a imagem dos participantes e projetava-a em uma grande tela. Os participantes podiam interagir uns com os outros e com objetos projetados nessa tela, sendo que seus movimentos eram constantemente capturados e processados. Essa técnica tornou-se conhecida como
Realidade Virtual de Projeção
.
Em 1982, Thomas Furness demonstrava para a Força Aérea Americana o VCASS (Visually Coupled Airborne Systems Simulator). Trata-se de um simulador que usava computadores e vídeocapacetes interligados para representar o espaço 3D da cabine de um avião. Os vídeo-capacetes integravam os componentes de áudio e vídeo. Assim, os pilotos podiam aprender a voar e lutar em trajetórias com 6 graus de liberdade (6DOF) sem decolar verdadeiramente. No entanto, o custo representava um problema: milhões de dólares eram necessários apenas para o capacete.
Finalmente, um dos passos mais importantes da história da RV foi a invenção da Cave (Cave Automatic Virtual Environment) por Dan Sandin e Carolina Cruz Neira, dentre outros pesquisadores. Seu primeiro projeto foi em 1992 no Electronic Visualization Laboratory, da Universidade de Illinois, em Chicago. A Cave consiste numa sala em que paredes, teto e chão são telas semi-transparentes aonde as imagens são projetadas, permitindo que uma ou mais pessoas fiquem imersas no ambiente virtual. A projeção das imagens é feita por projetores posicionados atrás das telas onde são projetadas imagens estereoscópicas que dão a ilusão ao usuário de estar realmente naquele local. Os sistemas do tipo CAVE incorporam projeção acústica tridimensionais, o usuário também coloca um display de cristal líquido (óculos), e, para interagir com o ambiente virtual, dispositivos de rastreamento de posição que se assemelha a um bastão. A Cave determina a localização e a orientação da cabeça e da mão do usuário a qualquer momento, por meio de rastreamento eletromagnético, que liga o display ao bastão. Deste modo, o usuário pode mover-se fisicamente em torno de objetos virtuais na Cave.
Na prática, a RV permite que o usuário navegue e observe um mundo tridimensional, em tempo real e com seis graus de liberdade (6DOF), seis tipos de movimento: para frente/para trás, acima/abaixo, esquerda/direita, inclinação para cima/para baixo, angulação à esquerda/à direita e rotação à esquerda/à direita.
Pode-se dizer da RV é:
· Orientada ao usuário, o observador da cena virtual;
· Imersiva, por oferecer uma forte sensação de presença dentro do mundo virtual;
· Interativa, pois o usuário pode modificar e influenciar o comportamento dos objetos;
·Intuitiva, pois existe pouca ou nenhuma dificuldade em manipular as interfaces computacionais entre o usuário e a máquina.
SISTEMA DE IMERSÃO
A imersão está ligada ao sentimento de fazer parte do ambiente. Normalmente, é obtida com o uso de capacete de visualização, ou cavernas. Embora a percepção visual seja nosso sentido primário, outros sentidos também devem ser estimulados para proporcionar uma completa imersão; entre os quais o retorno auditivo, o tato e a força de reação.

Existe também a RV não imersiva, como por exemplo, a visualização de uma cena 3D em um monitor. Esse tipo de RV apresenta alguns pontos positivos, como o baixo custo e a facilidade de uso, evitando as limitações técnicas e problemas decorrentes do uso do capacete.
A RV pode ser ainda
passiva, exploratória ou interativa.
RV Passiva:
Proporciona ao usuário uma exploração do ambiente automática e sem interferência. A rota e os pontos de observação são explícitos e controlados exclusivamente pelo software.
RV Exploratória:
Proporciona uma exploração do ambiente dirigida pelo usuário. O participante pode escolher a rota e os pontos de observação, mas não pode interagir de outra forma com entidades contidas na cena.
RV Interativa:
Proporciona uma exploração do ambiente dirigida pelo usuário e, além disso, as entidades virtuais do ambiente respondem e reagem às ações do participante. Por exemplo, se o usuário move o ponto de observação em direção à porta, esta pode parecer abrir-se, permitindo ao participante passar por ela.
NAVEGAÇÃO
·
Point-and-fly:
o usuário move o carro virtual apontando em uma determinada direção com os dispositivos de navegação (por exemplo, uma luva). Se a luva estiver sendo usada, a velocidade de movimentação pode ser controlada. Se o rastreador de cabeça estiver ativo, o mesmo controlará a câmera virtual. Essa técnica é uma das mais usadas e sugere um modo mais sofisticado: o usuário aponta para um objeto desejado e o sistema computa o desvio que posicionará o usuário em frente ao objeto.
· Eyeball-in-hand:
implementado pela realimentação do sistema de rastreamento (por exemplo, a posição de um sensor eletro-magnético, ou um BOOM – tipo de dispositivo de saída), diretamente para o ponto e a direção de observação, enquanto o ponto de observação permanece fixo. Essa técnica é muito apropriada para a análise de um único objeto a partir de diferentes pontos de observação, por exemplo, no projeto de interiores. Em resumo, todas as ações são carregadas/atualizadas a partir do ponto de observação do usuário.
· Scene-in-hand:
é oposto ao anterior. A técnica mapeia os movimentos dos dispositivos de entrada 3D dentro de um mundo virtual, mantendo o ponto de observação do usuário e movendo o mundo em volta.
Requisitos necessários para um sistema de RV
· Interface de alta qualidade:
a RV é utilizada como a interface de mais alto nível entre o ser humano e a máquina, pois permite que ambos interajam de uma maneira intuitiva para a pessoa.
· Interface de alta interatividade:
O ambiente deve reagir de maneira adequada às ações do usuário e permitir o maior número possível de ações.
· Imersão:
deve permitir que o usuário sinta-se “dentro” do mundo virtual, seja com o seu corpo físico ou com uma representação qualquer (avatar2, vídeo, simulação de cabine, etc.). É importante que, de alguma forma, o usuário seja “envolvido” pelo ambiente.
· Uso da Intuição/Envolvimento:
o sistema deve explorar a intuição do usuário “envolvido” pelo ambiente e, assim, proporcionar novas formas de interação. Por exemplo, o projetista de um sistema de simulação de veículo que inclua um volante, marcha e pedais tem muito mais liberdade de projetar ações do que projetista de um sistema equivalente em que o usuário tem que ficar em pé e utilizar um joystick. No primeiro caso, o projetista sabe que o usuário já está habituado a certas ações, por sua experiência no mundo real.
· Analogia/Ampliação do Mundo Real:
O fato de criar envolvimento e utilizar a intuição faz com que o sistema de RV atue como uma transferência do mundo real, capturando tudo de proveitoso que pode vir do fato de o usuário já ter uma “noção” do que deve fazer e como fazer, mas acrescentando aspectos que não existem no mundo real. Por exemplo, um sistema de busca bibliográfica pode utilizar, de alguma forma, a habilidade do usuário se locomover em uma biblioteca e olhar as estantes, mas a biblioteca “virtual” pode destacar visualmente volumes que possam ser do interesse do usuário.
DISPOSITIVOS DE SAÍDA
A maioria das aplicações de RV é baseada no isolamento dos sentidos. O hardware de RV estimula
principalmente a visão e a audição, e o sentido do tato está começando a ser explorado.
DISPOSITIVOS VISUAIS
HMD:
O vídeo-capacete (Head-Mounted Display, HMD) é um dos dispositivos de interface para RV mais populares, por tratar-se do dispositivo de saída de dados que mais isola o usuário do mundo real. Ele é constituído basicamente de duas minúsculas telas de TV e um conjunto de lentes especiais. 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 vídeo-capacete 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.
BOOM:
Head-Coupled Display, 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.
O formato do head-coupled display permite uma transição fácil entre a visualização do mundo virtual e a interação com teclados, monitores e outros dispositivos que possam estar controlando a simulação. Devido a essa e outras características, inclusive o preço inferior ao dos HMDs, os head-coupled displays são bastante populares na comunidade científica.
Monitores e sistemas de projeção
: Nos sistemas de RV baseados em monitores ou sistemas de projeção o usuário precisa estar constantemente olhando para o monitor ou tela, e utilizar algum dispositivo de entrada para controlar sua movimentação pelo mundo virtual. Isso não significa, entretanto, que as imagens não possam ser vistas em estéreo. Uma técnica básica utiliza óculos obturadores (shutter glasses) para filtrar as duplas de imagens geradas pelo computador. Ou seja, o computador exibe alternadamente as imagens direita e esquerda sincronizadas com óculos que bloqueiam cada um dos olhos, permitindo que o usuário visualize uma imagem que “sai” da tela.
DISPOSITIVOS
HÁPTICOS
Os dispositivos hápticos ou dispositivos de reação tátil, procuram estimular sensações como o tato, tensão muscular e temperatura. estacamos, aqui, duas diferentes classes de dispositivos hápticos: reação tátil e reação de força. Os sistemas de reação tátil transmitem sensações que atuam sobre a pele. Sistemas de reação tátil podem incluir não apenas a sensação do toque, mas também a percepção de geometria, rugosidade, temperatura e características de atrito de superfície associadas ao objeto tocado. Geralmente, estes dispositivos também englobam reação de força. Sistemas que transmitem as sensações de pressão ou peso oferecem feedback de força. Uma maneira de construir um sistema desse tipo seria por uma espécie de exoesqueleto mecânico que se encaixa no corpo do usuário, fazendo com que determinados movimentos permitam-lhe sentir o peso ou a resistência do material de um objeto no mundo virtual.
DISPOSITIVOS
DE ENTRADA
Os dispositivos de entrada permitem a movimentação do usuário e sua interação com o mundo virtual. Sem um dispositivo de entrada de dados adequado o usuário participa da experiência de RV de forma passiva. Podem ser de interação ou de trajetória.
Empresas como a Motorola, que utiliza a RV desde 1994 para treinar seus funcionários no local de trabalho e com isso reduziu os custos em milhões de dólares. Desenvolveu a Superscape (1999), sistema com recursos de RV para treinamento dos operários que atuam na linha de montagem de pagers. Que pode ser transportado e/ou modificado facilmente, e obtendo resultados melhores que o sistema convencional no desempenho dos treinados. Outra empresa que aderiu a RV em seus treinamentos foi a Nabisco (ramo alimentício), no treinamento de manutenção e serviços para linha de produção.
RV vem sendo utilizada em campos como automação de projetos, venda e marketing, planejamento e manutenção, treinamento e simulação, e concepção e visualização de dados.
A necessidade de oferecer sistemas mais realistas, fez com que uma série de aplicações passassem a ser desenvolvidas utilizando sistemas hápticos.
A medicina vem utilizando com frequência tais dispositivos, para simular procedimentos médicos treinando novos profissionais, que imitam as sensações sentidas durante a manipulação das ferramentas médicas e auxiliam na aquisição de destreza manual.
Na aviação o uso de simuladores para o treinamento de pilotos têm sido largamente utilizado há vários anos. Atualmente, um piloto precisa ter um número mínimo de horas nestes simuladores para poder receber seu brevê.
A arquitetura é utilizada na elaboração e visualização de projetos. O arquiteto já pode montar seus próprios ambientes virtuais utilizando apenas computadores e programas de desenvolvimento. Na elaboração do projeto de um ambiente, é possível visualiza-lo sob diversos pontos de vista, permitindo que o projetista e possíveis clientes passeiem por detalhes da construção e entre móveis antes mesmo que a primeira parede seja construída.
Na área da educação, UFSCar vem desenvolvendo trabalhos que enfocam o uso conjunto de RV e visualização científica, buscando criar ferramentas e programas computacionais para aplicação no ensino fundamental. E no Egito, o Ministério da Educação possui um projeto de criação de quatro mundos virtuais diferentes (corpo humano, modelagem de moléculas, geografia mundial e civilizações antigas) para utilizar na orientação e ensino dos estudantes.
Atualmente, a RV vem sendo levada para a internet. Isso se deve ao VRML (Virtual Reality Modelling Language), que define de forma eficiente, um conjunto de objetos para modelagem em 3D. É uma linguagem para descrever ambientes virtuais e simulações que possam ser utilizadas na internet, sem custo, e ainda poderá rodar em qualquer máquina.
DISPOSITIVOS
DE INTERAÇÃO
Dataglove:
Para determinar os movimentos dos dedos são utilizados, sensores mecânicos ou de fibra ótica. Os sensores de fibra ótica são utilizados atualmente nas versões mais populares de luvas de dados, e consistem em um fio de fibra ótica com junções. Quando a junta é movida o cabo dobra-se, reduzindo a passagem de luz por ele. Essas variações de luz são resumidas e transmitidas para o computador.
Sensores de entrada biológicos: processam atividades denominadas indiretas, como comando de voz e sinais elétricos musculares. Em sistemas de RV o reconhecimento de comandos de voz pode facilitar a execução de tarefas no mundo virtual, principalmente quando as mãos estiverem ocupadas em outra tarefa e impossibilitadas de acessar o teclado. Já os dispositivos que utilizam sinais elétricos musculares detectam a atividade muscular por meio de eletrodos colocados sobre a pele, permitindo ao usuário movimentar-se no mundo virtual pelo simples movimento dos olhos, por exemplo.
DISPOSITIVOS
DE TRAJETÓRIA
Dispositivos de trajetória: dispositivo responsável pela detecção ou rastreamento da trajetória, conhecido como dispositivo de trajetória, ou tracking. Estes operam baseados na diferença de posição ou orientação em relação a um ponto ou estado de referência. Basicamente, existe uma fonte que emite o sinal, um sensor que recebe este sinal, e uma caixa controladora que processa o sinal e faz a comunicação com o computador.

A maioria das aplicações que utilizam detecção de trajetória faz uso de pequenos sensores colocados sobre as partes do corpo ou sobre o objeto.
APLICAÇÕES E TENDÊNCIAS
TREINAMENTOS
INTERNET
EDUCAÇÃO
SIMULAÇÕES
Também é utilizada para terapias, no tratamento de pessoas que possuem alguma fobia, como medo de altura. O paciente é inserido num mundo virtual que simula as situações de fobia.
Fábricas de Automóveis como Volvo e BMW, utilizam RV para simular colisões com diversas barreiras e obstáculos, situações reais num test-driver e posteriormente fazem uma análise dos sistemas de proteção contra estas situações antes de lançar qualquer veículo.
JOGOS
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