Adriano MeloFilipe Melo Mateus Araújo Philippe Neves Renato Parente Samuel Arcoverde Wesley Davison

Roteiro

• Realidade Aumentada• Motivações• Aplicações• ARToolkit

oFuncionamentooArquitetura

• Conclusão

Cenário

Sistemas que misturam cenários do ambiente

Sobreposição de cenários VIRTUAIS

em cenários REAIS

O que é Realidade Aumentada?

O que é Realidade Aumentada?

Vídeo - Enkin

Definição

• Definição de Ronald Azuma:oCombinação de elementos virtuais com o

ambiente realo Interação e processamento em tempo realo Concebida em três dimensões

O que é Realidade aumentada:Combinação de elementos

• Combinar nem sempre é igual a adicionar

• Combinar não inclui apenas informações visuais (Enkin)

O que é Realidade aumentada:Interação em tempo real

“Using AR technology, users can interact with a combination of real and virtual objects in a natural way.”“In Confluence of Computer Vision and Interactive Graphics

for Augmented Reality“

O que é Realidade aumentada:Informação em 3D

Iluminação dependente da posição do sol (controladopelo usuário).

Motivação: Um exemplo

Motivação: Um exemplo

• O problema

o O cirurgião não pode olhar para a tela e para o paciente ao mesmo tempo

o Olhar para a tela enquanto opera o paciente não é ergonômico

o A tela é 2D, enquanto que o corpo do paciente é 3D

Motivação: Um exemplo

• A Visão

o A informação deve ser mostrada onde ela é necessária

o O usuário deve poder acessar e interagir com a informação de maneira ergonômica

o A informação deve ser apresentada em três dimensões, como o objeto da aplicação

Aplicações

Médica

• The heARt-Project: Cirugia cardíaca minimamente invasiva.

• MIT: Integração de dados de ressonância magnética e de eletroencefalograma para suporte à cirugia cerebral.

Aplicações

Manutenção, reparos e produção

• BMW: The “Intelligent Welding Gun”

• Boeing: “Augmented wiring”

Aplicações

Visualização de dados científicos

• Educação• Studierstube: Construct3D Application

Outras áreas de Atuação• Militar• Entretenimento• Petroquímica

Dificuldades de Implementação• Cálculos para construção da imagem virtual

para o ponto de vista do usuário• Saber a escala e o alinhamento• Realizada em tempo real • Posicionamento o mais preciso possível

CUSTOSO

Solução

• ARToolkit

O que é ARToolkit?• Sistema baseado em tracking (rastreamento)

• Calcula a posição real da câmera e a orientação relativa de um marcador

ARTookit como soluçãoNão exige aquisição de material muito

robusto e caroGratuita Disponibiliza o código-fonte

• Transporte para diversas plataformas • Adapta-se a diversas aplicações• Difundida em meio aos estudantes

Como ARToolkit Ajuda?• Usa algoritmos com conceitos de cálculo

de matrizes (álgebra)• Calcula a posição no espaço real da

câmera e sua orientação em relação à marcadores

• Programador preocupar-se apenas em sobrepor cenários

• Abstração dos cálculos de mapeamento

MarcadoresFiguras geométricasContém símbolos no interiorRastreamento estima:

• Posição• Orientação

Extração de Imagem• Imagem limiarizada (preto e branco)

• Identifica vértices das regiões quadradas• Compara os símbolos com os gabaritos dos

marcadores já cadastrados• Os cálculos são feitos caso haja semelhança

Algoritmo• Baseia-se na posição encontrada e no

tamanho conhecido do padrão• Relaciona as coordenadas por meio de uma

matriz 3x4 (matriz transformação)

• Multiplicação de uma matriz transformação "T" por um ponto 3D no marcador (Xm,Ym,Zm), obtendo o ponto correspondente no sistema de coordenadas da câmera (Xc,Yc,Zc)

Visão Geral

Funcionamento

• Calibração do sistema

• Captura da imagem de entrada o Sequência de imagens da câmera de video

• Busca pelos marcadoreso As imagens capturadas são convertidas para

uma imagem binária para a identificação de padrões (quadrados pretos)

• Cálculo da posição/orientação da câmerao Relativas aos quadrados pretos

Funcionamento• Identificação de marcadores

o Verifica se o símbolo dos marcador casa com algum padrão na memória.

• Inserção de imagens virtuaiso Usando transformações 3D, a imagem é

orientada e posicionada para ser posta no marcador.

• Renderização da imagem finalo A imagem é renderizada em cima do marcador

Demonstração

levelHead

Calibragem da câmera• É desejável saber os parâmetros da câmera

para posicionar com mais precisão os objetos virtuais sobre a cena real

• Principais propriedades extraídas da calibragem: – distorções de lente, – ponto central da câmera– distância focal da câmera

Calibragem da câmera

ARToolkitFramework

Arquitetura

Arquitetura

• Quatro módulos:

o AR Module: módulo principal com rotinas de rastreamento de marcadores e calibração.

o Video Module: conjunto de rotinas que encapsulam a captura de frames de vídeo padrão

o Gsub Module: conjunto de rotinas gráficas baseadas nas bibliotecas OpenGL e GLUT

Arquitetura

Arquitetura

•Metáfora de pipeline:

o Video -> Tracking -> Display

o Permite fácil troca de módulos

E o quarto módulo?

• Gsub_Lite Module: substitui o Gsub Module com rotinas gráficas mais eficientes e independentes do sistema de janelas

Limitações

• Marcadores necessitam estar sempre (e totalmente) à mostrao Pode limitar o tamanho e movimento dos objetos virtuais

• Orientação do marcador relativa à câmerao Inclinação do marcador reduz precisão

• Tamanho do marcadoro Marcadores maiores = distâncias maiores

Limitações

•Condições de iluminaçãoo Iluminação direta sobre o marcador

pode causar problemas de reconhecimento

•Complexidade do marcadoro Figuras simples e não simétricaso Maior complexidade = Menor alcance

Projetos • The BlackMagic kiosk

• Magic Book

• PyARTK

• Augmented Reality Encyclopedia

• AR Tower Defense

• ARToolkit on Iphone

• E muitos outros...

Dúvidas?