REALIDADE AUMENTADA 1. INTRODUÇÃO

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1 REALIDADE AUMENTADA 1. INTRODUÇÃO A Realidade Aumentada (RA) (augmented reality) é uma tecnologia, que combina elementos do mundo real com elementos virtuais em 3D, permitindo a interactividade entre objectos (reais e virtuais) em tempo real. Mais especificamente consiste na sobreposição realizada por meio de algum dispositivo tecnológico de objectos virtuais tridimensionais (gerados por computador) num ambiente real. Tem origem num campo específico das ciências da computação, que exploram a integração do mundo real com elementos virtuais ou dados criados por computador. A RA combina um software específico (e.g. wikitude) e equipamentos como câmaras digitais (webcam), Sistemas de Posicionamento Global (GPS) ou iphones. Entre as áreas que mais beneficiam com a possibilidade de sobrepor a realidade virtual com o nosso campo de visão destacam-se: 1. O turismo, locais históricos podem-se tornar reais, adicionando características virtuais às imagens reais: o utilizador pode localizar monumentos históricos, moradas e outros locais; obter informação sobre as distâncias entre o mesmo e os objectos circundantes; reconstrução virtual de edifícios antigos; 2. A ciência; 3. Os jogos virtuais; 4. A arte: por exemplo, quando o espólio de um museu não pode estar exposto na sua totalidade poder-se-á recorrer à criação de museus virtuais. Existem já vários sistemas de manipulação da Realidade Aumentada, disponíveis gratuitamente, bem como várias aplicações, quer educacionais, quer em áreas como a bio engenharia, física e geologia. 2. FUNCIONAMENTO A RA exige a existência de apenas três componentes básicos: 1. Objecto real com algum tipo de marca de referência, que possibilite a interpretação e criação do objecto virtual; 2. Câmara ou dispositivo capaz de captar e transmitir a imagem do objecto real; 3. Software capaz de interpretar o sinal transmitido pela câmara ou dispositivo.

2 O processo de formação do objecto virtual contempla as seguintes etapas: 1. Colocação do objecto real em frente à câmara, ou direccionar a câmara do dispositivo tecnológico para um objecto; 2. Captação da imagem e sua transmissão ao equipamento que a irá interpretar; 3. Envio, por parte da câmara, das imagens obtidas, em tempo real, para o software que gerará o objecto virtual; 4. O software encontra-se programado para retornar determinado objecto virtual, dependendo do objecto que for mostrado à câmara; 5. O dispositivo de saída exibe o objecto virtual em sobreposição ao real, como se ambos fossem um só. O facto das formas do objecto serem reconhecidas pelo software, faz com que os elementos reais sejam visionados pela câmara, acrescidos de informação, virtual em 3D, sobre os mesmos. Apesar da grande maioria das investigações da RA estarem direccionadas para o funcionamento da tecnologia em espaços abertos, esta também pode ser utilizada em espaços fechados, como por exemplo, centros comerciais ou supermercados, proporcionando ao utilizador a obtenção de informações diversas sobre as lojas e produtos que são reconhecidos pelo software. Futuramente será possível expandir o monitor do PC para o ambiente real: janelas, ícones do programa e dispositivos virtuais de todos os tipos aparecerão no ambiente real, os quais poderão ser controlados manualmente. 3. SISTEMAS Os sistemas de realidade aumentada podem ser classificados conforme o tipo de display utilizado: óptica directa, vídeo baseado em monitor ou projecção Sistema de visão óptica directa Estes sistemas utilizam óculos ou capacetes com lentes que permitem a recepção directa da imagem real, ao mesmo tempo que possibilitam a projecção de imagens virtuais devidamente ajustadas com a situação real. 2

3 Figura 1 Diagrama adaptado do sistema de visão óptica directa 1 e Dispositivos de visão óptica directa Sistema de visão por vídeo baseado em monitor O sistema de visão por vídeo baseado em monitor utiliza uma webcam para capturar o cenário real, o qual depois de capturado é misturado com os objectos virtuais gerados por computador e apresentado no monitor. Figura 2 Sistema de visão por vídeo baseado em monitor 2 Vantagens Maior comodidade para os olhos; Maior resolução e campo de visão; Ergonomia melhorada. Desvantagens Não suporta aplicações móveis; A projecção frontal altera as sombras; Restrições na área de projecção (tamanho, forma e cor); Um único utilizador (se apresentar paralaxe nula); Os projectores vulgares apenas focam um plano; Quanto maior o nº de projectores maior a complexidade em manter um alinhamento correcto da geometria e calibração das cores. 1 AZUMA, R. T. A Survey of Augmented Reality, UNC Chapel Hill, In Presence: Teleoperators and Virtual Environments,

4 3.3. Sistema de visão óptica por projecção O sistema de visão óptica por projecção utiliza superfícies existentes no ambiente real, onde são projectadas as imagens dos objectos virtuais. O resultado final, a combinação real virtual, é apresentado ao usuário sem a necessidade de nenhum equipamento auxiliar. Figura 3 Sistema de visão óptica por projecção 3 Vantagens Maior tamanho da imagem exibida; As imagens podem ser sobrepostas e adicionadas; As imagens exibidas podem ser não planas Desvantagens Limitações de projecção e profundidade; Afectados pela reflexão da superfície de projecção, assim como as sombras; Necessitam de calibração; A sobreposição de imagens envolve relações complexas. 4. APLICAÇÕES 1. Apoio a tarefas complexas como cirurgias, montagens ou operações de manutenção: a. Inserindo informações adicionais no campo de visão, como tabelas, legendas informativas ou instruções durante um procedimento; b. Visualizando objectos escondidos, como um Raio X virtual, baseado em tomografia ou imagens oriundas de ultra-som em tempo real

5 2. Modelos Arquitectónicos a. Aumentar a visão geral dos modelos dos edifícios / Projectar e pintar as cores e texturas das superfícies; b. Simular a iluminação, iluminação solar, estações, estrutura interna, canalizações, cablagem; 3. Dispositivos de navegação aplicados a construções (manutenção de plantas industriais); operações militares; veículos ou aeronaves (visores dotados de RA integrados ao capacete do usuário); 4. Serviços militares ou de emergência, como instruções, mapas e informações de inimigos ou feridos / Simulações de ambientes, tal como de voo ou de mergulho; 5. Prospecção em hidrologia, ecologia ou geologia, mostrando informações específicas sobre o terreno ou mapas tridimensionais; 6. Visitas virtuais que contemplem legendas ou textos referentes a objectos ou locais (e.g. ruínas ou paisagens reconstruídas) esta informação pode ser melhorada se for combinada a uma conexão à Internet / Entretenimento e educação: objectos virtuais em museus e exibições 7. Conferências com participantes reais e virtuais; 8. Trabalho conjunto em modelos 3D simulados. Destaca-se que a Google tem recorrido à RA para desenvolver aplicações que permitam ao utilizador uma visão periférica de qualquer local que queira visitar, seja para fins lúdicos ou laborais, por exemplo a realização de uma conferência. A Siemens IT Solutions and Services implementou no Museu Guggenheim de Bilbao, um sistema de RA, no qual os visitantes recebem informações sobre o museu, suas exposições, são guiados pelo museu e têm acesso a informações especiais do edifício. Figura 4 Dispositivos de navegação com RA

6 5. REALIDADE AUMENTADA MÓVEL O aparecimento de telemóveis com elevadas capacidades computacionais e equipados com um conjunto de acessórios avançados, câmara fotográfica, GPS, etc., originou a RA móvel, a qual não é mais que a combinação da RA com tecnologia móvel de computação dotada de ligação online. Um exemplo de realidade aumentada móvel é a tecnologia dos telemóveis com capacidade de georeferenciação para mostrar informação adicional sobre os locais por onde os utilizadores passam, a qual exige a instalação de software específico no telemóvel. Se, adicionalmente, o telemóvel tiver máquina fotográfica incorporada, a mesma irá permitir ao utilizador visualizar no ecrã, informação temática sobre determinadas atracções (edifícios, pontos naturais, comércio). Para que esta informação possa ser acedida é necessária a criação de bases de dados informativas por parte dos fornecedores de conteúdos. Figura 5 Layar 3.0 indica destinos e locais visitados pelos Beatles 5 O aparecimento do sistema operativo para telemóveis apoiado pela Google ANDROID - está a impulsionar várias aplicações da RA móvel, destacam-se: 1. Point&Find da Nokia 6 ; 2. Sky Map da Google 7 ; 3. Wimbledon da IBM 8 ;

7 6. PATENTES Nos últimos 10 anos observa-se uma tendência para o aumento de documentos patentes na área da realidade aumentada. Figura 6 Nº de documentos de patentes (pedidos, concessões e recusas) que incluem a expressão augmented reality no título ou no resumo 9 Destaca-se que em Portugal a empresa YDREAMS, é uma das empresas que vem desenvolvendo soluções na área da Realidade Aumentada, por exemplo desenvolveu um Miradouro Virtual no qual é exibida informação sobre a imagem que é visualizada por parte dos utilizadores, para o qual têm uma patente nacional. Figura 7 Patente da empresa YDreams 10 9 Dados extraídos do site /

8 7. CONCLUSÕES E DESAFIOS FUTUROS A Realidade Aumentada encontra-se numa fase inicial do seu desenvolvimento, embora, como enunciado anteriormente, já tenham sido desenvolvidas algumas aplicações incríveis, as quais trazem vantagens para quem as utiliza. Por exemplo a nível turístico, a quantidade de informação que se consegue transmitir ao utilizador em tempo real, e mesmo a um nível laboral, pode-se referir a redução de custos com, por exemplo, a utilização de conferências com elementos virtuais. O grande desafio da Realidade Aumentada é conseguir uma perfeita coordenação entre objectos reais e virtuais, pois um pequeno erro pode causar um desalinhamento perceptível entre estas duas realidades. De facto a determinação da orientação e da posição exacta do usuário, é especialmente importante nestas aplicações, para que pareçam reais. Outro desafio interessante seria o de desenvolver uma aplicação de Realidade Aumentada capaz de localizar elementos naturais (como árvores ou rochas) em tempo real, sem que os mesmos tivessem sido previamente documentados pelo sistema. Importa no entanto referir, que a área da realidade aumentada é ainda uma tecnologia dispendiosa, e por isso apenas grandes industrias são as que mais apostam na sua exploração, o que condiciona o seu desenvolvimento. Seria importante para o crescimento do número de aplicações em RA que a mesma se tornasse mais acessível, para que mais empresas e instituições científicas pudessem dar o seu contributo no desenvolvimento desta tecnologia. 8