Rastreamento em Realidade Aumentada com Artoolkit e Marcadores

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1 Rastreamento em Realidade Aumentada com Artoolkit e Marcadores Priscila Santarosa Lahr, Paulo César Lourenço, Carlos Alberto Dainese Universidade Metodista de Piracicaba - (UNIMEP) Faculdade de Ciências Matemáticas, da Natureza e Tecnologia da Informação {pslahr, pclouren, cdainese Abstract The evolution of hardware and software computing resources has allowed the development on visualization techniques. The use of graphics resources with specific input and output devices makes possible to define experiments using Augmented Reality, define procedures to calculate orientation and space information, and frame tracking. This work is a study of Augmented Reality to take the x, y and z space coordinates (translation) and orientation (angle rotation) from the environment by marks. It was utilized the ARToolkit software with a digital camera and Pentium IV microcomputer to perform experiments and get the date. 1. Introdução A Realidade Aumentada é definida como uma área de investigação que pretende desenvolver mundos que combinem objetos reais com cenas virtuais geradas por computador, possibilitando adicionar, ao mundo real, informações adicionais[2]. Com a Realidade Aumentada é possível que o usuário possa interagir, em tempo real, com esse mundo aumentado, tornando difícil à distinção entre os ambientes real e virtual. A Realidade Aumentada proporciona um aumento da percepção humana através da adição de informação não detectada diretamente pelos sentidos naturais. Nela, objetos virtuais são inseridos e posicionados na cena real em função da posição relativa do observador. Para desenvolver um Sistema de Realidade Aumentada é imprescindível o tracking. O tracking mede a posição e orientação do observador no espaço em relação ao sistema de captura de imagens (câmera). Vários autores têm desenvolvido estudos em Realidade Aumentada com uso de tracking para detecção de movimento das mãos, como Piekarski [5], e Dias [3,4] para reconhecimento de gestos. Para os experimentos deste estudo, foi utilizado o software ARToolkit [1] e marcadores para o reconhecimento de movimentação espacial e orientação. 2. Sistema de Realidade Aumentada e Tracking Um típico sistema de Realidade Aumentada é formado de uma ou mais câmeras, software para construção de objetos virtuais, sistema gráfico e dispositivo de interação para as tarefas de: a) captura da cena real, b) criação de imagens virtuais, c) sobreposição dos objetos reais e virtuais no mesmo cenário, d) rastreamento para posicionamento e orientação espacial do usuário e, e) interação em tempo real. O processo de criar um ambiente de Realidade Aumentada consiste em obter imagens reais, via câmera, e misturá-las com objetos sintetizados por computador dentro do mesmo ambiente. Uma tarefa importante é extrair informações para instruir o sistema gráfico no processo de formação de um ambiente a partir do ponto de vista do usuário. Uma das formas para efetuar esta operação é utilizar marcadores que permitem, ao sistema gráfico, definir coordenadas espacial e orientação dos objetos a partir do ponto de vista do usuário, quanto identificar alterações de posicionamento (tracking) e interação do usuário com os objetos. 37

2 2.1. O Software ARTOOLKIT ARToolKit [1] é uma biblioteca que permite desenvolver aplicações em Realidade Aumentada utilizando de técnicas de visão computacional para o processo de orientação e calibração de câmera, sobreposição e visualização de imagens reais e virtuais no mesmo cenário, além de detecção de movimentos em tempo real, cujo processo é feito com a utilização de um marcador. Além disso, suporta dispositivos como luva, capacete para visualização 3D, podendo ser utilizado em plataforma SGI IRIX e Windows PC 95/98/NT. O software ARTookit foi projeto por Hirokazu Kato e está disponível na Universidade de Washington. 3. Experimentos Realizados Para os experimentos do estudo foi utilizado um computador Pentium IV, uma câmera digital Sony, os software Artoolkit e Visual C++. Foram construídos marcadores (figura 1) no formato quadrado, de diferentes tamanhos, compostos de bordas pretas e, tendo ao centro, símbolos pretos, que serviram de identificação para as etapas de calibração e posicionamento de objetos virtuais sobre os marcadores. Os objetos utilizados para o estudo foram elaborados através do software VRML com tamanhos, formatos e cores diferenciadas. Figura 1 Exemplos de marcadores utilizados nos experimentos Definiu-se uma mesa de trabalho na escala de 28,0 X 39,0 cm com a mesma estrutura dos marcadores (figura 2). Com a câmera focalizada a uma distância de 65 cm (figura 3) e centrada com a relação à mesa, foi possível estabelecer um sistema de coordenadas em relação à câmera. 38

3 Figura 2 Mesa utilizada como apoio para desenvolver os experimentos Figura 3 Ambiente com mesa e câmera Utilizando o ARToolKit 2.65 with vrml, foram realizados experimentos para identificação de deslocamento e orientação espacial. Foi utilizado um marcador (figura 4) posicionado obliquamente e deslocado do centro da mesa. Ao reconhecer o marcador, o ARToolKit retorna uma matriz de transformação de ordem 3x4, definida na função argettransmat( ). Nessa matriz, a última coluna contém as coordenadas do marcador em relação ao sistema da câmera (figura 5). Na primeira coluna da matriz podemos retornar os ângulos mínimos e máximos de cada eixo. As coordenadas espaciais e orientação são detectadas enquanto o marcador está sendo reconhecido e o objeto está visível. Todos os dados são gravados em um arquivo texto. 39

4 Figura 4- Marcador para extração de dados de rotação e translação Figura 5- Resultados de rotação e translação 4. Discussão e trabalho futuro Com a realização dos experimentos conseguimos executar uma fase importante e essencial para os sistemas de Realidade Aumentada que é o tracking. Com os resultados é possível identificar que o ARToolkit consegue detectar movimentação de translação e rotação com base em marcadores para aplicações em Realidade Aumentada. A fase seguinte do estudo será o reconhecimento de gestos com o Artoolkit. Referências [1] Augmented and Mixed Reality, ARToolKit version Human Interface Technology Lab HITLab disponivel em [2] Azuma, R. T. - "A Survey of Augmented Reality"; Hughes Reserch Laboratories; Teleoperators and Virtual Environments, 6, 4 (August 1997), [3] Dias, J.M.S., Santos, P., Nande, P., Barata, N.,Correia, A. Image Manipulation throught Gestures, Portugal, ADETTI/ISCTE [4] Dias, J.M.S., Santos, P., Nande, P., Barata, N.,Correia, A. In Your Hand Computing: Tangible In terfaces for Mixed Reality, Portugal, ADETTI/ISCTE [5] Piekarski, W., Thomas, B.H., Using ARToolKit for 3D Hand Position Tracking in Mobile Outdoor Environments, University of South Australia, Australia. 40

5 Acesso via Internet para Máquina Virtual de Medir por Coordenadas Ricardo Zottino, Nivaldi Calonego Junior, Álvaro José Abackerli, Carlos Eduardo Della Coletta Faculdade de Ciências Matemáticas, da Natureza e da Terra UNIMEP - Universidade Metodista de Piracicaba Programa de Pós Graduação em Ciência da Computação Caixa Postal Piracicaba SP Brasil Abstract This article discusses the Virtual Coordinates Measurement Machine support for Internet application programs. Firstly, a synthesis on related works is present, reviewing different Virtual Distributed Environments models, and its influences on the system architecture. This discussing comprehend in a dedicate communication protocol and portable for multiple platforms, that will be responsible to manage the data exchange in a Collaborative Virtual Environment Distributed. Introdução A evolução das pesquisas no campo da realidade virtual durante a década de 90 propiciaram o surgimento de vários ambientes virtuais, distribuídos e colaborativos, que na sua maior parte está atualmente implementada em C++. Essa opção é devido à limitação dos recursos de hardware e de software existentes que induzem ao uso de plataformas proprietárias, tais como: SUN, HP-UX, IBM RISC, Silicon Graphics. A evolução tecnológica dos computadores pessoais, o barateamento de dispositivos de interface gráfica e o crescimento da rede mundial de computadores criaram as condições necessárias à Realidade Virtual Distribuída (RVD) via Internet. Atualmente, os processadores embutidos nos computadores pessoais oferecem a performance necessária para o processamento gráfico, e os meios de comunicação oferecem largura de banda necessária para garantir taxas de comunicação suficiente para que essas aplicações a Internet. Neste contexto, emerge a criação de uma camada de protocolo portável para múltiplas plataformas que faça uso das tecnologias Java, Shout3D, VRML ou X3D para a implementação de Realidade Virtual Distribuída para a Internet. Trabalhos Correlatos O DIVE (Distributed Interactive Virtual Environment) é um sistema de Realidade Virtual Distribuído Interativo, multi-usuário baseado em Internet, que proporciona navegação e visualização espacial 3D, possibilitando a interação de usuários e aplicações. Desenvolvido na Suécia pela Swedish Institute of Computer Science (SICS), sua primeira versão surgiu em A interação de um usuário provoca a difusão do evento na rede, com comunicação multi-cast, não possuindo servidor centralizado. O compartilhamento de estado é análogo à memória compartilhada, onde um conjunto de processos interage através de acessos concorrentes a essa memória compartilhada [6, 13, 5]. Ele é o precursor de outros ambientes, como o Avango, que oferece é um framework para desenvolvimento de ambientes virtuais distribuídos, que utiliza um modelo de programação análogo ao DIVE. O Avango é desenvolvido em C que distribui as informações através da replicação de uma cena para todos os processos que participam da aplicação distribuída [15]. Noutra linha, aparece o SPIN-3D em que se explora a plataforma CORBA/ORB de sistemas distribuídos para implementar o Ambiente Virtual Colaborativo (AVC). Disponibiliza cenas 3D destinadas à colaboração entre pequenos grupos utilizando VRML. A implementação é linguagem C++, com CORBA e ORBacus, utilizando o framework Open Communication Interface (OCI) para implementar o protocolo Multicast Inter-ORB Protocol (MIOP). O trabalho de colaboração entre os 41

6 usuários é realizado através da replicação do mundo virtual VRML por um servidor, que faz cópia ou clone da cena para cada cliente conectado [10]. O COVEN é uma concepção mais ampla de RVD. Ele se apresenta como derivação do DIVE e do dvs e foi desenvolvido por um consórcio Europeu, no período de 1994 a 1998, objetivando a análise de requisitos e viabilidade de aplicações Computer Supported Cooperative Work (CSCW). Ele utiliza múltiplos servidores para o gerenciamento das comunicações, estes definem espaços de interação diferentes, permitindo comunicação em longas distâncias para a colaboração em ambientes virtuais, e uso de multimídia para reuniões [6, 3]. Outro experimento é o VEOS (Virtual Environment Operation System), implementado em 1993, é uma ambiente de programação C e AutoLISP, desenhado para a prototipação rápida de um Ambiente Virtual Distribuído, em que o estado é armazenado um banco de dados contendo tuplas privadas e publicas. Neste caso, o banco de dados reflete o estado atual do mundo virtual, cujo modelo enfatiza a comunicação assíncrona e a distribuição baseada em entidades [6, 2, 13]. A questão da persistência de um mundo virtual é o foco do NPSNET. Em desenvolvimento desde 1993, sua versão atual é o NPSNET-V, que implementa um componente Java para o desenvolvimento de aplicações cliente-servidor, ponto-a-ponto ou produtos standalone. Seu objetivo é disponibilizar uma plataforma capaz de implementar no cyberspace a persistência de um mundo virtual que não necessita ser desativado para manutenção ou upgrade do sistema, buscando qualidades como extensibilidade de conteúdo e aplicações, escalabilidade em mundos complexos e com grande número de participantes e composição heterogênea de conteúdo e aplicações [6, 13, 9]. Os trabalhos citados anteriormente representam concepções diferentes para a implementação de ambientes para o desenvolvimento de aplicações em Realidade Virtual. Projetos como o MASSIVE [8] e WorldToolKit [14] continuam em aprimoramento de novas versões. Mas, muitos dos ambientes virtuais colaborativos, distribuídos e frameworks não tiveram continuidade, devido à forte correlação do software com plataformas específicas ou à falta de um planejamento para continuidade do projeto em futuros projetos de pesquisa, ou mesmo abandono do projeto inicial. A pesquisa bibliográfica revela outras implementações, tais como: ADVICE [12], AVIARY [6, 13, 1], AVIT [7], VIRTUS 13], VUE [6]. Os problemas detectados para a elaboração de ambientes virtuais distribuídos podem ser significativamente reduzidos pela delimitação do problema. Neste caso, o desenvolvimento do suporte de uma Máquina Virtual de Medir por Coordenadas para acesso via Internet. Dos modelos anteriormente apresentados, será experimentado o modelo de programação cliente-servidor, implementando os mecanismos de comunicação via RMI e Socket. Arquitetura do Ambiente Para a concepção da proposta considerou-se: a utilização máxima de recursos Open Source; a adoção de padrões da comunidade científica, para que o projeto possa ser reutilizado e aperfeiçoado em trabalhos futuros; possibilitando seu reuso em aplicações de Realidade Virtual Distribuída via Internet. A visão macroscópica apresentada na Figura 1, ilustra a adoção do modelo cliente-servidor em que as modificações do ambiente virtual estão associadas a diferentes serviços (som, imagem, interação, navegação e comandos), conforme ilustra a Figura 2. Esse modelo flexibiliza tanto o desenvolvimento quanto o uso. O desenvolvimento permite o projeto modular, possibilitando a implementação e o teste de cada uma das partes e serviços, facilitando a geração dos casos de teste e a depuração. Mas, introduz problemas com sincronismo necessário a determinadas aplicações, especialmente no que tange ao som e imagem conjugados. Mas, no caso da Máquina Virtual de Medir por Coordenadas - VCMM essa questão não é significativa. 42

7 Cliente Servidor Aplicação Interação Navegação Comandos PRVD Socket RMI TCP TCP/UDP IP Rede Figura 1 Camada dos protocolos. O módulo Protocolo de Realidade Virtual (PRVD), usa o arquivo de configurações, Figura 2, para determinar protocolos de comunicação ponto-a-ponto, multi-cast ou broadcast para cada um dos serviços. Assim, diferentes clientes têm a possibilidade de estarem associados a diferentes servidores, permitindo que a interação e os comandos sejam compartilhados, de acordo as configurações definidas. Os mecanismos de comunicação podem ser configurados por serviço para usar o Transfer Control Protocol ou Datagram Control Protocol sobre o Internet Protocol. Os usuários devem usar o arquivo de configuração para determinar como ocorrerá a execução das atividades tanto no lado dos servidores quanto no lado dos clientes. Essa decisão poder ser útil, por exemplo: (i) para os dispositivos de navegação, dado que a perda de alguns pontos de vista não prejudicará a visualização; (ii) iniciar clientes em máquinas diferentes; (iii) isolar ambientes virtuais diferentes e em execução numa mesma rede. A definição para a utilização de Remote Method Invocation (RMI/JAVA) e Sockets como mecanismos de controle e comunicação, proporcionará ao final do projeto, a realização a análise de desempenho comparativa entre dois modelos citados [4]. Cliente Arquivo de Configurações XML Arquivo de Configurações Servidor Interação PRVD PRVD Interação msg end. ip, porta msg Navegação PRVD PRVD Navegação msg end. ip, porta msg Comando PRVD PRVD Comando msg end. ip, porta msg Figura 2 Diagrama da lógica de serviços XML Os fatores considerados críticos para a implementação da VCMM é o número de usuários, número de cenas, objetos e de aplicações ou serviços, e a complexidade dos conhecimentos da Engenharia, necessário à base de transformações que representam a dinâmica do sistema. Com o intuito de delimitar o escopo deste trabalho e consequentemente diminuir sua complexidade, estaremos abordando a integração de uma quantidade limitada de usuários em um único mundo virtual, correspondendo à quantidade de alunos de uma sala de aula. Mas, a aplicação oferece a possibilidade de uso via Internet, dados que serão implementadas as cenas no formato Shout3D [11], havendo a possibilidade de uso dos formatos X3D [16]. Considerações finais Essa abordagem apresenta vantagens, por exemplo: (i) o uso de UDP para os dispositivos de navegação, dado que a perda de alguns pontos não necessariamente prejudica a visualização; (ii) iniciar clientes em máquinas diferentes, para explorar recursos específicos, tais como, rastreadores óticos; (iii) isolar ambientes virtuais diferentes em execução na mesma rede. Apesar das possíveis dificuldades de 43

8 sincronização, decorrentes do modelo, podem ser discutidas da ótica dos requisitos, que não é o foco deste trabalho. Referências [1] AVIARY [2] COCO, Geoffrey P. The Virtual Environment Operating System: Derivation, Function and Form. University of Washington, [3] COVEN [4] Deitel, II. M. Java Como Programar. Bookman, [5] DIVE. Swedish Institute of Computer Science (SICS) [6] Greenhalgh, Chris. Supporting Complexity in Distributed Virtual Reality Systems. Technical Report NOTTCS-TR-96-6, Department of Computer Science, The University of Nottingham, Nottingham, NG7 2RD, UK. [7] Ipolito, Juliano Ribeiro. AVIT Ambiente Virtual Interativo Tridimensional, Uma Plataforma Configurável para Desenvolvimento de Ambientes Virtuais Interativos Multi-Usuários. Universidade Federal de São Carlos, [8] MASSIVE.http://www.crg.cs.nott.ac.uk/research/systems/MASSIVE-3, [9] NPSNET [10] Picard, Stéphane Louis Dit, Degrande, Samuel, Gransart, Christophe, Chaillou, Christophe, Saugis, Grégory. Comunication Platform for Synchronous Collaborative Virtual Environmnet, [11] Polevoi, Rob. Interactive Web Graphics with Shout3D. Sybex, [12] Rodrigues, Silviane G., Oliveira, Jauvane C., Peixoto, Marcos V. ADVICE: Um Ambiente VIrtual Colaborativo para o Ensino a Distância, [13] SAAR, Kurt. VIRTUS: A Collaborative Multi-User Platform. ACM VRML99, Pag , Paderborn Germany, [14] Sense8.http://www.sense8.com, [15] Tramberend, Henrik. Avango: A Distribuited Virtual Reality Framework. GMD German National Research Center for Information Technology, [16] X3D. Extensible 3D (X3D). International Draft Standards. Disponível na Internet

9 Visualização de Dados em Ambientes com Realidade Aumentada Claudio Kirner, Nivaldi Calonego Júnior, Carolina V. Buk, Tereza G. Kirner Universidade Metodista de Piracicaba - UNIMEP Faculdade de Ciências Matemáticas da Natureza e Tecnologia da Informação Programa de Pós Graduação em Ciência da Computação {ckirner, Resumo The growing of information demands new techniques to represent and visualize data, so that the user can understand the information set and make decision in a fast way. This paper presents a tool based on augmented reality, that allow graphics to be superimposed over live video of the real world, so that the user can manipulate (put, delete, arrange and configure) graphs in a real environment. 1. Introdução Os avanços tecnológicos vêm permitindo a produção e armazenamento de dados em computadores, de maneira vertiginosa a cada ano. Ao mesmo tempo em que isto pode ser visto como um benéfico para as pessoas, é também um problema, na medida em que dificulta a identificação de informações importantes contidas nos dados. As técnicas de exploração visual dos dados, com a ajuda do computador, exercem um papel importante na solução ou minimização desse problema. No entanto, em função das restrições do ambiente, muitas vezes são disponíveis sistemas de visualização limitados ao plano da tela do monitor, mas a Realidade Virtual veio expandir as possibilidades de visualização, rompendo a barreira da tela. Com realidade virtual, consegue-se um espaço tridimensional (3D) infinito, no qual podem ser dispostos gráficos 3D e por onde pode-se navegar e interagir. Apesar das vantagens, a realidade virtual permite que uma pessoa fique longe de um foco de interesse importante, o que deve ser contornado por soluções como acionamento de alertas. Como a navegação e interação em ambientes de realidade virtual depende de algum treino e familiaridade com dispositivos não convencionais, procurou-se superar um problema com o uso de realidade aumentada, de forma que, adicionando-se os objetos (gráficos) virtuais ao ambiente real, pudesse também usar as mãos para mover e atuar sobre os gráficos dispostos no ambiente. Este trabalho discute a representação de dados em gráficos discretos 3D, buscando soluções para seu uso em ambientes de realidade aumentada. 2. Representação e Visualização de Dados O fato das pessoas terem maior facilidade em analisar representações gráficas do que quantidades de dados repercutiu no impacto da visualização nas questões cognitivas. Assim, a cognição, ligada à aquisição ou uso de conhecimento, tem seu foco orientado mais para o objetivo do que para o significado da visualização [4]. Desta forma, o objetivo da visualização é a percepção e o entendimento do conteúdo representado que levam à descoberta, à tomada de decisão, à explicação e não à figura Visualização de Informação A visualização científica tende a basear-se em dados físicos e, mesmo quando trata de abstrações, elas são atreladas ao espaço físico. Informações não físicas, como dados financeiros, podem beneficiar-se da representação visual, mas não apresentam um mapeamento espacial óbvio. Os benefícios para a cognição decorrem de uma boa representação visual do problema e de sua 45

10 manipulação interativa, fazendo com que as pessoas usem suas capacidades inerentes de percepção visual. Visualização da informação pode, assim, ser definida como o uso de representações visuais, interativas de dados abstratos, suportadas por computador, para amplificar a cognição" [4]. O tipo de visualização a ser empregado está relacionado à representação dos dados. Há sete tipos de visualização da informação: unidimensional, bidimensional, tridimensional, multidimensional, temporal, hierárquica e em rede [4, 6]. Os quatro primeiros tipos são espaciais e os outros três tipos são estruturais. A visualização de dados unidimensional é baseada em uma posição, focando um ponto na reta (por exemplo, linha de tempo) ou um elemento no monitor (por exemplo, conjunto de documentos). A visualização de dados bidimensional é baseada na percepção da posição e de outro atributo como altura, largura, área, cor, etc.(por exemplo, diagramas de barras e gráficos de pizza). A visualização de dados tridimensional é baseada em três atributos, incorporando freqüentemente a noção de volume. Aqui se tem a aplicação imediata de realidade virtual. Muitas vezes, pela facilidade da representação de um espaço bastante grande, usa-se realidade virtual para a visualização de dados bidimensionais, dispondo-se gráficos de barras, por exemplo, espalhados pelo cenário do mundo virtual. Por outro lado, a incorporação de quatro ou mais atributos aos dados, que pode usar três atributos espaciais e outros como cor, tonalidade, forma, etc., usando a visualização tridimensional com realidade virtual para navegar pelo cenário e interagir com as representações dos dados. Os outros três tipos de visualização da informação, embora importantes, não serão abordados neste trabalho. 2.2 Representação de Dados A representação de dados visa apresentar a informação ao usuários, de maneira simples e sintética. Uma das formas mais comuns de se fazer isto é através de gráficos discretos tridimensionais com múltiplos atributos, como diagramas de barras dispostos no espaço e incrementados com com elementos de animação, visuais e sonoros. Os elementos visuais incluem: forma, dimensão (largura, profundidade e altura), cor, tonalidade, transparência, pulsação de cor (frequência), etc. Os elementos de animação mostram as variações dos gráficos (ou de parte deles), em um determinado período de tempo e com uma velocidade escolhida (taxa de variação do tempo). Os elementos visuais costumam oferecer uma noção estática da situação dos dados, mas podem também incorporar uma visão da história recente e de tendências, quando estão associados à derivada e outras funções dinâmicas. Os elementos sonoros são mais usados como advertência, ou para chamar a atenção para ocorrências especiais ou atípicas, de forma que o usuário possa perceber o fato, mesmo que esteja focando outra seção do conjunto de gráficos [5]. Os elementos animados permitem a avaliação dos dados de forma dinâmica, visualizando o seu comportamento em períodos de tempo [8] Interação com a Representação dos Dados Embora a maior parte dos sistemas de visualização da informação se preocupem exclusivamente com a visualização em si, única, em janelas ou através de navegação tridimensional, a interação com a representação dos dados vem se tornando foco das atenções, uma vez que pode potencializar as aplicações, incrementando a análise e tomada de decisão por parte do usuário. Assim, gráficos podem ser mapeados em regiões clicáveis, sujeitos à interação com o usuário, fornecendo informações adicionais ou executando ações específicas. Limites visuais com mínimos, máximos, faixas de erro, etc. podem ser inseridos ou alterados graficamente pelo usuário. 46

11 Essas características de interação podem ser incorporadas a sistemas implementados como aplicações tradicionais (ambientes bidimensionais) ou aplicações avançadas tridimensionais, usadas em realidade virtual e realidade aumentada [2, 3, 7]. 3. Projeto de um Visualizador de Dados com Realidade Virtual O visualizador de dados com realidade virtual consiste num sistema de visualização tridimensional de gráficos de barras, composto por um ambiente virtual interativo, um banco de dados e um módulo de controle/configuração. O ambiente virtual interativo, programado com VRML e JavaScript, é responsável pela renderização dos gráficos de barras, cuja estrutura é definida pelo usuário, através do módulo de controle/configuração, e cujos dados são atualizados através de consulta ao banco de dados. O módulo de controle/configuração é uma interface do usuário com o sistema, responsável pela configuração dos gráficos e pela atualização do banco de dados. O banco de dados mantém os dados atuais, que são renderizados como gráficos, e os últimos dados históricos, utilizados para a obtenção de atributos dinâmicos, como derivada e outras funções, além de servir para alimentar animações históricas, quando solicitadas. O elemento de referência do ambiente virtual interativo é a barra mostrada na Figura 1a que, além de uma série de atributos, apresenta também dois planos sensores ajustáveis par indicar valores máximo e mínimo para o dado. Figura 1a- Elemento de Referência Figura 1b - Ambiente Virtual Simplificado A replicação estruturada do elemento de referência forma o ambiente virtual final, conforme exemplo mostrado na Figura 1b. 4. Uma Experiência de Visualização de Dados com Realidade Aumentada Usando o Visualizador de Dados com Realidade Virtual e o Sistema de Realidade Aumentada ARTOOLKIT [1], foi realizada a experiência de se colocar os gráficos virtuais no mundo real, ou seja, sobre uma placa na mão do usuário. Para isto foi usado um computador com uma webcam e o software ARTOOLKIT, que, através de mecanismos de visão computacional, reconhece marcas previamente cadastradas e sobre elas coloca objetos virtuais associados. Assim, o visualizador com Realidade Virtual foi definido como um objeto e associado com um marcador reconhecido pelo ARTOOLKIT. Ao colocar-se a placa com o marcador no campo de visão da webcam, o sistema coloca o gráfico sobre a placa, que pode ser inspecionada pelo usuário (Figura 2). Além disso, o usuário pode interagir com o gráfico na tela, usando o mouse para movimentar planos de mínimos e máximos. Há um projeto em andamento que vai substituir o cursor controlado pelo mouse pelas mãos do usuário, tornando o sistema 47

12 mais natural. Figura 2 - Exemplos de uso do Visualizador de Dados com Realidade Aumentada Como o sistema reconhece várias marcas diferentes simultaneamente, o próximo passo do projeto é construir um tabuleiro quadriculado com espaço para várias placas, de forma que cada placa contenha uma parte do gráfico geral. Assim, o usuário poderá ver o conjunto, pegar uma parte do gráfico e movimentá-lo, trocar partes de lugar e mesmo substituir, eliminar ou incluir novas partes do gráfico, além de executar interações. 5. Conclusões A realidade virtual apresenta elevado potencial para visualização de dados, na medida em que não impõe limites de espaço, mas exige algum treinamento e conhecimento para ser manipulada. A colocação da solução com realidade virtual dentro do ambiente real, fazendo sobreposição de imagens capturadas por câmeras de vídeo com imagens geradas por computador, facilita a análise e a interação com os gráficos, potencializando o aspecto cognitivo, relacionado com o entendimento da informação. Este trabalho apresentou uma discussão sobre visualização de dados, e o projeto de um visualizador com realidade virtual e sua inserção em um ambiente de realidade aumentada. Referências [1] ARToolKit - <http://www.hitl.washington.edu/research/shared_space/ > Acesso em 02/04/04 [2] AZUMA.R.et al. Recent Advances in Augmented Reality. IEEE Computer Graphics and Applications, v.21, n.6, 2001, p [3] BELCHER, D. et al. Using Augmented Reality for Visualizing Complex Graphs in Three Dimensions. Proc. of the Second IEEE and ACM International Symposium on Mixed and Augmented Reality (ISMAR'03), Tokyo, Japan, Oct. 2003, p [4] CARD, S.K.; MACKINLAY, J.D.; SHNEIDERMAN, B. - Readings in Information Visualization: Using Vision to Think. Morgan Kaufmann Pub [5] FRANKLIN, K.N.; ROBERTS, J. - Pie Chart Sonification. Proc. of the Seventh International Conference on Information Visualization (IV'03), London, England, July 2003, p [6] KEIM, D.; HAO; M.C.; DAYAL, U. - Hierarchical Pixel Bar Charts. IEEE Trans. On Visualization and Computer Graphics, v.8 N.3, p , July/Sep [7] KIRNER, T.G.; MARTINS, V.F. Development of an Information Visualization Tool Using Virtual Reality. Proc. 15th ACM Symposium on Applyed Computing - SAC'2000, Como, Italy, March 2000, p [8] NAKAKOJI, K.; TAKASHIMA, A.; YAMAMOTO, Y. - Cognitive Effects of Animated Visualization in Exploratory Visual Data Analysis. Proc. of the Fifth International Conference on Infomation Visualization (IV'01), London, England, July 2001, p

13 Ambiente de Visualização e Interação de Simulações Neurais Galesandro Henrique Capovilla, Regina Célia Coelho, Luís Augusto Consularo Universidade Metodista de Piracicaba - UNIMEP Faculdade de Ciências Matemáticas da Natureza e Tecnologia da Informação Programa de Pós Graduação em Ciência da Computação Abstract Modeling neurons and neural structures has provided a powerful tool to examine and better understand the nervous system, especially since experiments with animals are often difficult. In this sense, this paper propose to the generation a virtual reality environment to allow visualizing, navigating and interacting with a simulator of neural cells and structures of friendly and efficient way. 1. Introdução A realidade virtual vem crescendo a cada dia e atuando cada vez mais em diversas áreas relacionadas a ciência; como é o caso das simulações na área de neurociência, que hoje representam um grande avanço em pesquisas relacionadas a esta área, possibilitando estudos mais avançados e eficazes. A melhor forma de visualizar estas simulações é recorrendo à Computação Gráfica, ou mais especificamente, à Realidade Virtual, que permite, além da visualização tridimensional, a interação, imersão e navegação do usuário no sistema. O advento das tecnologias em Realidade Virtual (RV) tem colaborado para a abertura de uma nova dimensão para diversos pesquisadores, que podem entrar em simulações eletrônicas, o que permitem a eles ocupar um espaço imaginário. Pelo fato da RV ser uma etapa além da visualização computacional, ela nos permite andar de fato em um ambiente visual simulado ( realidade simulada ) e analisar o funcionamento do mundo sendo percorrido. Recentemente, este fato tem se tornado um grande aliado para os neurocientistas, uma vez que a RV pode auxiliá-los na interpretação da grande quantidade de dados gerada pelas simulações. O surgimento de novas tecnologias e a melhora na qualidade de tecnologias já existentes (como velocidade computacional e qualidade dos monitores de vídeo) tem tornado a RV muito atrativa tanto para pesquisas quanto para aplicações em neurociência. Várias aplicações da RV e da computação gráfica como um todo em neurociência têm surgido em pesquisa, treinamento e tele-imersão [1,2,3,4]. Em termos de impacto realista nas simulações, estas aplicações podem ser tão boas ou até melhor que realidade física. Esta tecnologia permite criar universos inteiros e, o que é melhor, improvisar "realidades". Além disso, o desenvolvimento de técnicas de realidade virtual e o progresso da computação gráfica permitem agora a implementação de algoritmos extremamente complexos e rápidos para criar, mostrar e manipular modelos de estruturas neurais. A proposta deste artigo é gerar um ambiente de RV para visualizar, navegar e interagir com um simulador neural. Atualmente já existe um simulador neural desenvolvido por COELHO [5,6] cuja uma das funções é gerar células com características morfológicas estatisticamente idênticas às células naturais e para isso utiliza L-Systems estocáticas e modificadas para considerarem medidas morfológicas extraídas de células naturais [5,6]. Se gerarmos um ambiente de RV distribuída, ele dará o suporte necessário ao simulador para que o usuário possa analisar o que ocorre durante o crescimento destas células, podendo, inclusive, interferir no crescimento. 2. O Ambiente de RV Uma das grandes vantagens da construção de um ambiente RV para as simulação neurais é a possibilidade de executar diversas vezes um experimento sem se preocupar em danificar os tecidos neurais naturais ou com sacrifícios de animais, sem contar que não seria possível repetir o experimento com uma mesma estrutura neural, no caso de tecidos naturais. Este é o principal fator para o 49

14 crescimento nas pesquisas envolvendo realidade virtual e experimentos biológicos. Um exemplo é o trabalho de SUBRAMANIAN e MARSIC [7], que descreve um ambiente de RV chamado ViBE (Virtual Biology Experiments) como sendo um laboratório virtual voltado para pesquisas em biologia. Através do ViBE, é permitido ao aluno executar diversas vezes um mesmo experimento, sem se preocupar com os gastos de materiais, desperdícios. Através do ViBE, o aluno pode interagir com o software verificando, por exemplo, uma divisão celular, uma mitose, uma meiose. Outro trabalho que trouxe uma contribuição muito forte para a realidade virtual ligada à neurociência é o trabalho de COSTA, OLIVEIRA e MINGHIM [8] em que tratam da visualização tridimensional de neurônios e mostra as diferentes formas dos neurônios dependendo da função que cada um executa. Há também o trabalho de TARR e WARREN [9] que demostra algumas aplicações da realidade virtual voltada para a neurociência, psicologia e algumas outras áreas afins. Em seu artigo é descrito o laboratório VENlab (Virtual Environment Navigation Laboratory), que realiza as experiências de imersão possibilitando pesquisas comportamentais. O objetivo principal deste trabalho é a visualização de um simulador neural que promova interatividade e imersão com o usuário, ou seja, permitir que o usuário possa interferir no crescimento de células neurais, analisar o crescimento e formação de uma estrutura neural, analisar alguns aspectos relacionados à neurogênese destas estruturas, como por exemplo, a reorganização neural na presença de campos tróficos (campos de atração ou repulsão neural) e na apoptose (morte neural natural). As estruturas neurais que estão sendo utilizadas no ambiente, são geradas utilizando conceitos matemáticos e de computação, tais como, tipo, conexão e propriedades fisiológicas de cada neurônio. O programa de simulação gera uma quantidade de células neurais sintéticas, que possuem características reais e, além disso, é possível obter dados sobre o campo elétrico gerado em torno de um neurônio [5,6]. Para o ambiente de RV, consideramos uma estrutura neural como sendo nada mais nada menos que dados armazenados na memória do computador que serão utilizados para gerar cilindros que irão representar os neurônios. A representação por cilindros foi escolhido com base no modelo do cabo [10,11], que surgiu com a necessidade de interpretar e modelar os dados obtidos de neurônios individuais por meio de microeletrodos introduzidos no neurônio. Este modelo, em geral utilizado para dendritos, fornece um modelo teórico que nos permite conectar uma estrutura morfológica e elétrica do neurônio à sua função. Nele, as árvores dendríticas são aproximadas por cilindros e são utilizadas equações diferenciais parciais para descrever o fluxo de corrente de uma árvore dendrítica [12]. Os cilindros, por sua vez, apresentam uma renderização simples e rápida devido à pequena quantidade de dados necessários para a sua criação. Os dados de entrada para o ambiente virtual serão capturados da rede (por enquanto são lidos de arquivos), uma vez que a simulação enviará os resultados pela rede. Estes serão enviados obedecendo a seguinte estrutura: Número Neurônio Número Galho Coordenada X1 Coordenada Y1 Coordenada Z1 Coordenada X2 Coordenada Y2 Coordenada Z2 Cada neurônio é identificado por um número para que seja possível identificar a que neurônio pertence o galho que está crescendo a cada momento. Cada galho também recebe um número que o identificará. Desta forma, dado o número do neurônio e o galho é possível controlar a quem pertence cada ponto que está sendo enviado ao ambiente de RV pelo simulador. O simulador envia dois pontos que indicam em que lugar da cena deverá ser criado um cilindro (início e fim do cilindro). O raio deste cilindro é enviado pelo simulador, que indicará a espessura do galho. Sendo assim, os dados são recebidos, interpretados, normalizados (apenas para diminuir o tamanho da cena gerada) e, através de um objeto denominado Pipe 1, a visualização é gerada. A cena será criada de acordo com o recebimento dos dados enviados pela simulação. Quando há ramificação para um novo galho (bifurcação), um novo Pipe é 1 Pipe: objeto existente na biblioteca GLScene, que possibilita, através de algumas propriedades, desenhar um cilindro, tendo ainda a possibilidade de definir um raio diferente para cada extremo do cilindro. Raio 50

15 gerado dinamicamente, que possuirá novas coordenadas, gerando, assim, a visualização da simulação neural. Note que em ramificações, apenas um pipe novo é gerado, uma vez que o segundo pipe (o outro lado da bifurcação) poderá ser a continuação do pipe anterior. O ambiente proposto possibilitará ao usuário executar interações do tipo alterar o ponto de vista, visualizar o crescimento neural através de diferentes ângulos, ampliar a cena utilizando a opção zoom. Possibilitará ainda que o usuário possa eliminar (matar) algumas células e verificar a reorganização neural causada pela morte de determinadas células e pela presença de campos tróficos. Além disso, como será desenvolvido utilizando RV distribuída, poderemos ter usuários em diferentes máquinas interagindo com o ambiente. Para isso utilizaremos o conceito de sockets, que nada mais é que uma interface de comunicação entre os dispositivos encontrados na rede. Através dos sockets conseguiremos fazer com que todos os usuários interajam no mesmo mundo virtual. Na Figura 1 é apresentado um exemplo do crescimento de 3 células neurais tridimensionais. Neste figura são ilustrados três estágios de crescimento das células. Como podemos notar, as três células estão crescendo ao mesmo tempo (em paralelo). Em uma estrutura com mais células, quando o dendrito de uma célula encontrar um axônio de outro ocorrerá uma conexão, permitindo que estes neurônios possam trocar sinais elétricos. Embora neste exemplo esteja ilustrado apenas três células, o ambiente permite que mais células possam ser incluídas, porém as conexões entre elas ainda não está implementada no ambiente de RV gerado. Figura 1 Visualização de três estágios do crescimento paralelo de três células neurais. O ambiente está sendo desenvolvido utilizando a linguagem orientada a objetos DELPHI juntamente com uma biblioteca gráfica denominada GLScene [13,14], que possui alguns componentes já desenvolvidos que facilitam a elaboração de um ambiente gráfico 3D e é freeware. 3. Conclusão O ambiente proposto será útil não apenas para a análise em tempo real das simulações, como também para a observação e análise de cada etapa de todo processo de crescimento e formação da estrutura neural, incluindo fatores que influenciam no crescimento. Assim, o usuário poderá acompanhar e estudar a plasticidade que ocorre com as células na presença de substâncias químicas. Outro grande atrativo do ambiente é que ele permitirá que algumas células sejam mortas, simulando a apoptose que ocorre naturalmente nos seres vivos. Com isso, as células que estiverem em volta das que morreram se reorganização para tentarem formar novas conexões, suprindo, desta forma, a falta das células mortas. Desta forma, o ambiente gerado poderá contribuir muito para o avanço nos estudos do comportamento de células neurais. É importante ressaltar também que será permitido que mais de um usuário possa visualizar, navegar e interagir com a cena ao mesmo tempo, uma vez que o ambiente será construído de forma distribuída. 51

16 Futuramente o ambiente poderá ser estendido para um ambiente que suporte realidade aumentada também, não apenas RV. A biblioteca GLScene oferece suporte de captura do mundo real e a mistura deste mundo com o virtual. Desta forma, poderíamos, por exemplo, utilizar um dispositivo de interação simples, como uma barra com uma bolinha vermelha, capturar os movimentos desta barra utilizando uma webcam e reproduzir tais movimentos na cena. Referências [1] LEIGH, J. et al. Virtual Reality in Computational Neuroscience, in: Virtual Reality and Its Applications, eds: R. Earnshaw; H. Jones; J. Vince, Academic Press, London, [2] ASCOLI, G. A. et al. Computational Neuroanatomy of the Hippocampus, Draft of the poster for SFN98, Los Angeles, 1998, (acessado em 07/12/2002). [3] BÜLTHOFF, H. H.; van VEEN, A. H. C. Vision and Action in Virtual Enviroments: Modern Psychophysics In Spatial Cognition Research, Technical Report No. 77, Max-Planck-Institut für Biologische Kybernetik, Germany, [4] TARR, M. J.; WARREN, W. H. Virtual Reality in Behavioral Neuroscience and Beyond (Review), Nature Neuroscience Supplement, v. 5, 2002, p [5] COELHO, R. C.; COSTA, L. F., Realistic neuromorphic models and their application to neural reorganization simulations, Neurocomputing, n. 48, 2002, p [6] COELHO, R. C. ; JAQUES,O. Generating Three-Dimensional Neural Cells Based On Bayes Rules And Interpolation With Thin Plate Splines, 8th Iberoamerican Congress on Pattern Recognition, Havana, Cuba, in: Progress in Pattern Recognition, Speech and Image Analysis, Lecture Notes in Computer Science, v. 2905, 2003, p [7] SUBRAMANIAN, R.; MARSIC, I., Vibe: Virtual Biology Experiments, Hong Kong, May, 2001, p [8] COSTA, L. F.; OLIVEIRA, M. C.; MINGHIM, R., De olho nos neurônios As formas virtuais do pensamento, Ciência Hoje, v. 28, n [9] TARR, M. J.; WARREN, W. H., Virtual reality in behavioral neuroscience and beyond, Nature Neuroscience Supplement, v. 5, November [10] BOWER, J. M.; BEEMAN, D. The Book of GENESIS, Springer-Verlag New York, Inc. Published by TELOS, [11] KOCH, C.; SEGEV, I. Methods in Neuronal Modeling, The MIT Press, [12] NEDEL, L. P., Escola de informática da SBCSul, Passo Fundo, 21 a 25 de maio/2001. [13] GLScene - <http://www.ibrtses.com/opengl/> Acesso em 02/04/04 [14] GLScene - <http://glscene.sourceforge.net/index.php> Acesso em 02/04/04 52

17 Entrada de Senhas com Realidade Aumentada Ricardo Armengol Silva, Luís Augusto Consularo, Regina Célia Coelho Faculdade de Ciências Matemáticas, da Natureza e da Terra UNIMEP - Universidade Metodista de Piracicaba Programa de Pós Graduação em Ciência da Computação Caixa Postal Piracicaba SP Brasil {laconsul, Abstract The password authentication has become an ordinary task for all personal computer users. Banks, intranets or service providers has required mouse point-and-click password entry to avoid spywares or snoopy intruders eavesdropping on keyboard typing. This work proposes an alternative solution to password entry with augmented reality. A PC-connected webcam picture frames are segmented to identify a finger tip whose position tracking translates a virtual finger on a virtual numerical keyboard. 1. Introdução A entrada de senhas em computadores pessoais ainda permanece um problema de segurança, especialmente quando o usuário, para usar um serviço em seu computador deve utilizar o teclado para fazê-lo. Já se tornou prática comum o uso do mouse para apontar caracteres que componham uma senha, principalmente em páginas cujas entradas devam ser autenticadas. Este tipo de artifício evita que programas invasores monitorem as entradas do usuário ou cliente pelo teclado. Um dispositivo que vem se tornando bastante popular, a webcam, pode ser aplicada em soluções de entrada de senhas. Este trabalho propõe o uso de webcams como dispositivos de entrada de senhas a partir do rastreamento da posição do dedo indicador em uma superfície planar. Desta maneira, no momento da entrada da senha, uma imagem rastreada do dedo do usuário deverá tocar um teclado virtual sobre a imagem real. 2. Dispositivos e componentes As webcams têm se tornado um dispositivo de baixo custo e bastante comum em computadores pessoais ou mesmo em aplicações corporativas. Contudo, seu uso geral em computadores pessoais restringe-se a videoconferências, captura de instantâneos ou pequenos vídeos ou ainda em vigilância. Componentes ou funções de aquisição de imagens em movimento, permitindo o seu processamento em tempo-real, já são abundantes e variam entre os disponíveis em caráter gratuito e comercial. Neste trabalho utiliza-se um componente gratuito para o ambiente RAID Delphi 5.0, o VideoCap [1]. Este componente permite selecionar o dispositivo de aquisição de vídeo e também, a partir de um ponteiro para a região de memória na qual são colocados os pixels da imagem de cada quadro, processá-la e rastrear um objeto na cena. A idéia, neste caso, é rastrear o dedo indicador do usuário para que sua posição na imagem adquirida seja mapeada sobre um objeto virtual que será mostrado ao usuário na tela. Na verdade, as imagens em movimento são mapeadas como o fundo da cena virtual na qual está inserido o teclado (veja Figura 1). Este teclado ou teclas virtuais compõem uma cena virtual elaborada com uma suíte de componentes que encapsula a API gráfica OpenGL no Delphi, a GLScene [2]. Embora pouco documentada esta suíte de componentes permite que se edite ambientes virtuais hierarquicamente estruturados com elementos de iluminação, objetos, câmeras e efeitos. 53

18 Figura 1. Um teclado virtual mapeado sobre uma cena real, adquirida por uma webcam (modelo Webcam 3, Creative Labs). 3. Indicando onde está o indicador Os experimentos iniciais consideraram um dispositivo de interação bastante simples, uma vareta com uma pequena esfera vermelha acoplada a sua extremidade. Foi necessário utilizar um filtro de cor de pele [3] para eliminar os ruídos gerados pela limiarização da cor vermelha. Este mesmo filtro deverá ser aplicado na segmentação do dedo indicador, que servirá então como referência do espaço de interação. Para identificar qual dedo é o indicador serão reconhecidos os tamanhos e as posições relativas da mão e de seus dedos [4]. Uma vez identificada a região da imagem que contém o dedo indicador, a parte do contorno do dedo com maior curvatura deverá ser localizada e então mapeada sobre o objeto virtual [5]. Uma alternativa a este processo é a esqueletonização da mão segmentada com algoritmos rápidos de distância, tais como as distâncias Chamfer (veja Figura 2) [6]. A vantagem desta alternativa é que as extremidades podem ser mais facilmente localizadas nos esqueletos. Além disso, as distâncias Chamfer podem ser calculadas com apenas duas convoluções de pequenas máscaras sobre a imagem. Figura 2. Esqueleto de uma mão utilizando algoritmo de distâncias Chamfer d. 4. O espaço de interação 54

19 O local onde a mão poderá ser capturada pela câmera é o espaço de interação. Por ser planar, este espaço de interação pode ser mapeado por uma homografia, restringindo espaços da imagem adquirida como teclas. Uma outra solução é utilizar a matriz de projeção da câmera obtida por um processo de calibração. Este processo requer um padrão de pontos distribuídos no espaço 3D real cujas coordenadas sejam previamente conhecidas. A matriz de projeção conhecida resolve a posição do pixel na imagem correspondente a uma coordenada 3D real. Deste modo, restringindo a posição do teclado à mesma inclinação do objeto usado na calibração é possível inferir a tecla que o usuário quer pressionar e assim, entrar com esta escolha. Esta solução permite que o teclado simulado não seja resultado de uma projeção ortográfica, mas com uma opção de projeção em perspectiva. 5. O objeto tecla ou teclado O teclado é um modelo 3D hierárquico, isto é, um grafo de cena que representa um teclado numérico de 14 teclas (10 numéricas, um ponto decimal, retrocesso, remoção e confirmação). Este modelo é implementado no GLScene como uma árvore com nodos de suporte, teclado, câmera e iluminação. Após invocada, a aplicação lança uma tela para que o usuário acione alguma de suas teclas apenas posicionando os dedos na mesa. O usuário tem como referência uma imagem real com o teclado virtual sobreposto e um toróide envolvendo alguma tecla. A cada movimento do dedo na tela, este toróide virtual se movimenta na cena virtual sobreposta ao quadro da imagem adquirida. A escolha da tecla, isto é, o evento de pressionamento ocorre quando o usuário pressiona a tecla de espaço no teclado real. Deve ser estudada a possibilidade de se usar o movimento do dedo para gerar este evento. 6. Comentários Finais Este trabalho apresentou uma experiência inicial para a solução de entrada de senhas baseada em realidade aumentada. Embora simples, pois a aplicação depende apenas de mapeamentos homográficos, foi mostrado que é possível construir um rastreamento do dedo do usuário para tomar uma ação sobre um objeto virtual, um teclado. Aplicações em segurança vêm tendo crescente interesse e a realidade virtual e aumentada, por se basear em tecnologias de interação com usuário, mostra-se uma importante fonte de soluções. Referências [1] HUEBLER, J. TVideoCap Version 2.2 Help File. Weingarten, Alemanha. 17 de maio de [2] GRANGE, E. GLSCene - OpenGL solution for Delphi. 1º de abril de Desde 13 de abril de [3] CHIANG, C-C.; TAI, W-K.; YANG, M-T.; HUANG, Y-T.; HUANG, C-J. A novel method for detecting lips, eyes and faces in real time. Real-Time Imaging, 9(4), p , [4] LI, W.; HSU, W.; PUNG, H.K. Twins: A Practical Vision-based 3D Mouse. Real-Time Imaging, 4, p , [5] OKA, K.; SATO, Y.; KOIKE, H. Real-Time Fingertip Tracking and Gesture Recognition. IEEE Computer Graphics and Applications, 6, p64-71, [6] BORGEFORS, G. Distance Transformations in Digital Images. CVGIP, 34, p ,

20 Visualização de dados da Rede de Computadores utilizando técnicas de Realidade Virtual Eduardo Noboru Sasaki, Nivaldi Calonego Junior, Luis Augusto Consularo Faculdade de Ciências Matemáticas, da Natureza e da Terra UNIMEP - Universidade Metodista de Piracicaba Programa de Pós Graduação em Ciência da Computação Caixa Postal Piracicaba SP Brasil Abstract The technological development and the use of new resources of three-dimensional interfaces in virtual environment in network make with that they are available alternatives for the management of architectures, topologies and projects of the network. This work has as objective to study, to project and to implement an interface based on virtual reality for a practical application in computer network, contributing for the visualization of information of management of three-dimensional form and in real time. The proposal of the research is to investigate mechanisms and interfaces in the virtual environment that can be used for the manager of network in the search of better interpretation of the data. 1. Introdução Os equipamentos computacionais, as redes digitais cada vez mais presentes em nosso dia-a-dia e a crescente evolução tecnológica de hardware e software destinados à simulação, navegação, imersão e interação em um espaço virtual, fazem com que o usuário tenha a sensação de estar em outra realidade, a Realidade Virtual (RV). O uso da RV permite a elaboração de modelos de visualização aplicados às redes de computadores, oferecendo recursos para o seu gerenciamento, como: navegação na rede através da conectividade por IP, identificação e localização do host por níveis de detalhes em 3D. Atualmente, a apresentação das informações físicas e lógicas de redes de computadores, na maioria dos casos é bidimensional e está sujeita às limitações desse tipo de interface visual. Tem-se, então, a aplicação da RV como interface de gerência da rede para facilitar a inteligibilidade das topologias e outras informações através da RV em ambiente virtual. A RV permite a manipulação de objetos complexos, através de imersão, navegação e interação em ambientes virtuais tridimensionais gerados por computador. Um experimento dessa natureza está em desenvolvimento no Colégio Notre Dame de Campinas, contando com uma infra-estrutura do parque tecnológico de Informática com 120 computadores distribuídos em rede, conectados por cabos de par trançado e fibra ótica, distribuídos em quatro laboratórios de hardware e de software. A rede utiliza, em sua maioria, equipamentos 3COM de rede com placas de rede, switches e roteadores, incluindo o pacote de gerenciamento de rede 3COM Network Supervisor. Este software fornece uma visualização de rede bidimensional com capacidade para atender as necessidades de empresas de pequeno e médio porte. As operações automatizadas ajudam gerentes de rede para um controle da rede por meio de identificações e ligações de IP na rede em até 1500 dispositivos. Após a identificação, a estrutura da rede é traçada automaticamente para fornecer uma exposição gráfica dos dispositivos e das conexões. O mapa da rede monitora rapidamente o stress, ajusta pontos iniciais e alertas, captura eventos da rede, gera relatórios e lança ferramentas da configuração de dispositivo. Para fornecer notificação dos problemas, os alertas do supervisor da rede anunciam problemas da rede através de alarmes. O evento da rede que relata a capacidade da rede, o inventário e a topologia, bem como os relatórios definidos pelo usuário, facilitam a gerência de rede pro ativa. Essas informações gerenciais podem ser insuficientes quando há a necessidade da apresentação da localização geográfica dos equipamentos no 56

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