PROTTIPO DE SISTEMA PARA PROJEO HOLOGRFICA DE IMAGEM REAL

Flvia Rodrigues Filho

DISSERTAO

SUBMETIDA

AO

CORPO

DOCENTE

DA

COORDENAO DOS PROGRAMAS DE PS-GRADUAO DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSRIOS PARA A OBTENO DO GRAU DE MESTRE EM CINCIAS EM ENGENHARIA CIVIL.

Aprovada por:

_____________________________________________ Prof. Luiz Landau, D.Sc.

_____________________________________________ Dr. Gerson Gomes Cunha, D.Sc.

_____________________________________________ Prof. Aurlio Antonio Mendes Nogueira, D.Sc.

_____________________________________________ Prof. Jos Luis Drummond Alves, D.Sc.

RIO DE JANEIRO, RJ BRASIL JULHO DE 2008

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RODRIGUES FILHO, FLVIA Prottipo de sistema para projeo hologrfica de imagem real [Rio de Janeiro] 2008 XIII, 88 p. 29,7 cm (COPPE/UFRJ, M Sc., Engenharia Civil, 2008) Dissertao Universidade Federal do Rio de Janeiro, COPPE. 1. Realidade Virtual 2. Holografia 3. Visualizao 4. Computao grfica 5. Imagem I. COPPE/UFRJ II. Ttulo (srie)

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"Deficiente" aquele que no consegue modificar sua vida, aceitando as imposies de outras pessoas ou da sociedade em que vive, sem ter conscincia de que dono do seu destino.

"Louco" quem no procura ser feliz com o que possui.

"Cego" aquele que no v seu prximo morrer de frio, de fome, de misria. E s tem olhos para seus mseros problemas e pequenas dores.

"Surdo" aquele que no tem tempo de ouvir um desabafo de um amigo, ou o apelo de um irmo. Pois est sempre apressado para o trabalho e quer garantir seus tostes no fim do ms.

"Mudo" aquele que no consegue falar o que sente e se esconde por trs da mscara da hipocrisia.

"Paraltico" quem no consegue andar na direo daqueles que precisam de sua ajuda.

"Diabtico" quem no consegue ser doce.

"Ano" quem no sabe deixar o amor crescer.

E, finalmente, a pior das deficincias ser miservel, pois "Miserveis" so todos que no conseguem falar com Deus.

Mrio Quintana

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A minha me Maria Ao meu pai Nno A meu filho Arthur As minhas irms Cntia e Elen.

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Agradecimentos

Ao professor Luiz Landau, meu orientador, pela liberdade de escolha do tema dessa dissertao, pela pacincia e pelo empenho para que esse trabalho chegasse at o seu final.

Ao professor Gerson Gomes Cunha do GRVA/ LAMCE/ PEC/ COPPE/UFRJ, pelo incentivo, pacincia, criatividade de idias, receptividade a qualquer hora para solucionar problemas inerentes s aulas de Realidade Virtual (RV), apoio e confiana para que muitas das idias aqui expostas pudessem ser colocadas em prtica.

Aos professores do Lamce/UFRJ, ao seu pessoal tcnico, a Mnica, Sergio e Adilson da parte administrativa e logstica, aos amigos Clia, Gerson , Csinha, Ceso, Alisson, Roberto Bob , Paulo ,Mrio, de desenvolvimento de projeto no Lamce e da Engenharia de Produo em especial ao professor Marcos Cavalcante/UFRJ e Estevo Medeiros/UFRJ ,que tanto contriburam para a composio deste trabalho atravs de preciosas informaes sobre tpicos fundamentais a este estudo.

Ressalta-se, ainda que o conhecimento e o emprego das tcnicas aqui apresentadas, s foram possveis graas conjugao das experincias profissionais, pesquisa e apoio acadmico de um importante meio de formao profissional:

A um dos principais centros de pesquisa brasileiros, o Laboratrio Lamce da

COPPE/UFRJ, sob a direo do Professor Dr Luiz Landau1, que vem criando reas interdisciplinares neste laboratrio, pelo qual o grupo GRVa- (Grupo de realidade virtual e aumentada ) - vem viabilizando e trabalhando no sentido de introduzir novas tecnologias de aquisio de dados e equipamentos, utilizando solues de fcil acesso no mercado.

1

Professor Titular - Engenharia Civil da UFRJ Chefe do Laboratrio Lamce da COPPE/ UFRJ

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Resumo da Dissertao apresentada COPPE/UFRJ como parte dos requisitos necessrios para a obteno do grau de Mestre em Cincias (M. Sc.).

PROTTIPO DE SISTEMA PARA PROJEO HOLOGRFICA DE IMAGEM REAL

Flvia Rodrigues Filho Julho / 2008

Orientador: Luiz Landau

Programa: Engenharia Civil

O presente trabalho apresenta as consideraes gerais para o desenvolvimento de um prottipo de sistema para projeo hologrfica de imagem real gerados em ambientes sintticos. Para auxiliar na aplicao e visualizao desses hologramas foi empregada a tecnologia de realidade virtual. As tecnologias atuais permitem apenas a visualizao de objetos modelados em 3 dimenses em recursos com duas dimenses (sem interatividade, manipulao ou sem tempo real) perdendo as posibilidades de explorao. Ao longo desta dissertao ser apresentada a metodologia de execuo do prottipo abordando a especificao dos requisitos mnimos para o sistema, equipamentos e programas, bem como suas aplicabilidades. O objetivo do trabalho criar uma imagem hologrfica a partir de quatro vistas de um objeto modelado sinteticamente de custo baixo. Formado o holograma, a visualizao 360 do objeto permitir a anlise das: formas, cores, caractersticas e dimenses. Esse estudo poder ampliar a forma de pequisa e mtodo de absoro de conhecimento ampliando os horizontes do indivduo. Sendo uma ferramenta de grande utilidade para profissionais das diversas reas.

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Abstract of dissertation presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the requirements for the degree of Master of Science (M. Sc.).

METHODOLOGY FOR HOLOGRAM CONSTRUCTION, WITH UTILIZATION OF VIRTUAL 3D OBJECT.

Flvia Rodrigues Filho July/ 2008

Advisor: Luiz Landau

Department: Civil Engineering

This present work introduce generals considerations for the development of a holographic prototype system for real picture burn in synthetic environment, The following work paper introduce general considerations to develop a prototype system to holographic project a real image created in a synthetic environment. Virtual Reality technology was applied to support the practice and preview these holograms due to its huge real time interaction capability. Current available technologies have 2 dimension resources, loosing interaction capabilities. The methodology applied will be described showing minimum specification requirements to the system, equipments and programs, including their applications. The main goal is to create a holographic image from four faces of an object synthetic modeled at low cost. While hologram is ready, 360 view will allow colors, dimensions and formats analysis, contributing to improve research and knowledge methodology absortion. Knowledge will be expander and a helpful tool can be used in various professional areas.

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Sumrio

Captulo I Introduo

1

I.1 Introduo

1

I.2 Importncia do tema

1

I.3 Motivao

2

I.4 Objetivos I.4.1 - Objetivos especficos

4 4

I.5 Hiptese

4

I.6 - Relevncias e justificativas

5

I.7 Atividades I.7.1 - Atividades 1 I.7.2 - Atividades 2 I.7.3 - Atividades 3 I.7.4 - Atividades 4

6 7 7 7 7

I.8 Requisitos I.8.1 Requisitos dos sistemas I.8.2 Recursos bsicos I.8.3 Recursos esperados

7 8 8 8

I.9 Problematizao I.9.1 - Definio do problema I.9.2 - A concepo do projeto

8 8 10

I.10 - Organizao da dissertao

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Captulo II A realidade virtual e holografia

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II.1 Introduo

12

II.2 - Realidade Virtual , Holografia e visualizaes II.2.1 Realidade Virtual (RV) II.2.1.1 Ambientes Virtuais II.2.1.2 Equipamentos utilizados em RV II.2.1.3 Programas utilizados em RV

12 13 15 20 20

II.2.2- Holografia e visualizaes II.2.2.1 rea de utilizao II.2.2.2 Processo hologrfico II.2.2.3 Tipos hologrficos

20 21 25 29

Captulo III Estado da Arte

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III.1 Introduo

32

III.2 Destaques das aplicaes III.2.1 - The Virtual Showcase 1 Caso - Vidro plano III.2.2 - The Virtual Showcase 2 Caso - Vidro curvo e convexo III.2.3 - The Virtual Showcase 3 Caso Tabuleiro de xadrex Um usurio III.2.4 - The Virtual Showcase 4 Caso Quatro usurios

32 33 37 39

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Captulo IV Concepo do projeto

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IV.1 Introduo

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IV.2 Metodologia IV.2.1 Pesquisa e apresentao de programas (Softwares) necessrios IV.2.2 Desenvolvimento dos arquivos de programas

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x

IV.2.2.1 3D Studio Max IV.2.2.2 Director MX 2004 IV.2.3 Projeto, detalhamento e definio do mobilirio IV.2.3.1 Definio dos micro computadores IV.2.3.2 Espelhos IV.2.3.3 Mobilirio IV.2.3.3.1 Definio da fixao dos monitores IV.2.3.3.2 Definio do esquema dos vidros reflexivos IV.2.3.3.3 Definio do esquema do mvel IV.2.4 Montagem IV.2.4.1 Confeco do mvel propriamente dita. IV.2.4.2 Instalao dos equipamento nos locais j definidos IV.2.4.3 Instalao dos programas IV.2.4.4 Confeco e instalao do vidro IV.2.4.4 Alinhamento das quatro vistas IV.2.5 - Validao

53 55 64 64 64 69 69 71 72 73 73 74 74 75 76 79

Captulo V Resultados e Consideraes finais

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V.1.- Introduo V.2 Avaliao de programas V.3 Avaliao de equipamentos V.4 Avaliao dos objetivos alcanados V.5 - Consideraes finais V.6 - Implementaes futuras

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Referncias Bibliogrficas

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Anexo I

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Listas de Figuras

CAPTULO I Figura n. 1.1 - Tele-imerso CAPTULO II Figura n 2.1 Caverna digital da Escola Politcnica da USP. Figura n 2.2 - Flexibilidade de mutao de cenrio jornalstico Figura n 2.3 Utilizao de marcadores. Figura n 2.4 VRML. Figura n 2.5 Mudanas de papel de parede Figura n 2.6 - Usurio em ambiente RV Figura n 2.7 - Diagrama de realidade/virtualidade contnua Figura n 2.8 Livro interativo Figura n 2.9 - Quando cortamos um holograma ao meio, podemos ainda ver a imagem inteira em cada pedao. (fonte: HowStuffWorks). Figura n 2.10- Montagem clssica Figura n 2.11 - Esquema bsico do laser Figura n 2.12- Mesa Hologrfica Figura n 2.13- Holograma de transmisso com feixe simples. Figura n 2.14- Holograma de transmisso com feixe duplo Figura n 2.15- Holograma de reflexo com feixe simples Figura n 2.16- Holograma de reflexo com feixe duplo 25 26 28 29 30 30 31 15 16 16 17 17 18 18 19 23 3

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CAPTULO III Figura n 3.1 -Duas vistas formam a imagem do objeto Figura n 3.2 Esquema do Virtual Showcase com vidro plano. Figura n 3.3 Virtual showcase com vidro curvo e convexo Figura n 3.4- Imagem baseada nos mltiplos passos mtodo para sistema tico curvo Figura n 3.5- Prottipo para um usurio com tabuleiro de xadrez real para dentro Figura n 3.6- Prottipo para quatro usurios Figura n 3.7-: O objeto virtual renderizado na frente de um objeto real uniformemente iluminado Figura n 3.8-: O objeto real iluminado por um projetor, usando as sombras da ocluso Figura n 3.9-: Objeto virtual na frente do objeto real parcial-iluminado, parecendo ser contnuo e opaco . (Fotos: Oliver Bimber). 43 43 41 42 39 33 35 37 38

Figura n 3.10- Modelo arquitectnico dentro da mostra, coberta com um hipottico construo (virtual) do telhado Figura n 3.11-: O jogador de xadrez turco dentro da mostra virtual. Uma instalao similar ser mostrado no museu tcnico Viena Figura n 3.12- A ideia detalhada da xadrez-aplicao, mostrando a xadrez virtual figura em um tabuleiro de xadrez real

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44

44

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CAPTULO IV Figura n 4.1 - Esquema dos quatro monitores e imagem refletida e fundida Figura n 4.2 - Helicptero modelado no 3D STUDIO MAX Figura n 4.3- Director MX2004 Figura n 4.4 Objeto modelado no 3D Studio Max Figura n 4.5 - Posies das cmeras em funo do objeto criado Figura n 4.6 Member 1 Quatro Vistas Figura n 4.7 Stage com 3200x600 Figura n 4.8 Sprites dos 4 members Figura n 4.9 Behavior 1 Iniciar Figura n 4.10 Behavior 2 - Mover Figura n 4.11 Behavior 3 - Fim Figura n 4.12 - Stage com vista 1 e vista 2 Figura n 4.13 - Stage com vista 3 e vista 4 Figura n 4.14 - Ponto Objeto Virtual e Imagem Real Figura n 4.15 - Ponto Imagem Virtual e Objeto Real Figura n 4.16 - Reflexo em superfcies planas Figura n 4.17 - Campo visual de espelhos planos Figura n 4.18 - Esquema do 1 ponto de regulagem: horizontal e pivotante (eixo fixo). Figura n 4.19 - Esquema do 2 ponto de regulagem: vertical Figura n 4.20 Mvel com quatro monitores ajustveis Figura n 4.21 - Tronco de pirmide de vidro reflexivo Figura n 4.22 Esquema da angulao do vidro Figura n 4.23 - Mvel Figura n 4.24 - Control Panel/Display Properties/Settings Figura n 4.25 Ajuste horizontal frente Figura n 4.26 Ajuste vertical do Showcase Figura n 4.27 Alinhamento das vistas no interior do Showcase Figura n 4.28 Iluminao exterior do Showcase Figura n 4.29 Alinhamento final da vistas no interior do Showcase 70 71 71 72 73 75 76 77 78 78 79 47 48 50 54 55 56 57 58 59 61 62 63 63 65 65 66 68 69

Captulo I - INTRODUO

I.1 Introduo Esta dissertao PROTTIPO DE SISTEMA PARA PROJEO

HOLOGRFICA DE IMAGEM REAL, recebeu uma srie de influncia de alunos, professores do curso de Mestrado em Engenharia Civil- PEC/COPPE, atravs do Laboratrio de Mtodos Computacionais em Engenharia - Lamce - COPPE/UFRJ. Projetos em realidade virtual como: o Ncleo Avanado de Visualizao NAV, configura-se como uma unidade mvel de apoio computacional a simulaes com auxlio de tecnologia de Realidade Aumentada. Sua concepo prev alm de uma base aos sistemas computacionais de alta performace, instalaes adequadas as atividades dos pesquisadores e tcnicos, com sanitrios, cozinha e dormitrio. Um dos desafios tecnolgicos para sistemas de Realidade Aumentada sua utilizao em ambientes abertos (outdoor), como no caso de edificaes do porte da expanso do CENPES ( Centro de Pesquisa) . Desta forma permitido aos tcnicos e gerentes verificar os elementos realizados e antever as fases e elementos a serem adicionados posteriormente em um altssimo nvel de detalhamento e qualidade visual.

I.2 A importncia do tema Arte que mexe com nosso inconsciente nos deixando por momentos sem saber o que est ocorrendo, ou at por longo perodo refletimos sobre uma iluso apresentada. Algumas iluses trabalham exatamente no fato de sermos juntamente com os macacos os seres que percebem a noo de profundidade, ou seja, enxergamos os objetos em 3D, largura, altura e profundidade; uma das explicaes para este fato que temos os olhos na frente da cabea e no dos lados como na maioria dos animais.1

Mesmo hoje em dia tendo imagens em 3D, as mesmas so projetadas ou apresentadas em mdias 2D limitando as percepes sobre o objeto. Com o objeto em 3D sendo apresentado de forma tridimensional no h perda de percepo e faz com que o observador interaja com o objeto e procure aprimorar os conhecimentos ampliando horizontes. Limitando nosso potencial investigativo. H necessidade de apresentao de modelos em 3D como forma de ensino j que os aplicativos atuais so em 2D, fazendo interao entre objetos de estudo e aluno. So apreciados neste trabalho aspectos das atividades voltadas para Realidade Virtual (RV) e Holografia, cujos campos de abrangncia envolvem em particular a concepo de um equipamento de visualizao em 3D considerando ainda suas implicaes em particular na percepo do observador. Os holoprojetores serviram de norteadores dessa dissertao, eles so semelhante a um projetor de diapositivos (slides) mas, devido nova tcnica desenvolvida, ele funciona na realidade como um projetor perfeitamente tridimensional projetando no fotografias seno objetos segundo Prof. Jos J. Lunazzi 2 [1]. Os holoprojetores abriram uma sere de possibilidades que abragem a sensao visual de 3D.

I.3 - Motivao Uma frase muito conhecida para todos : "Uma imagem vale mais que mil palavras". claro que isto uma verdade, pois uma imagem pode recuperar mais informaes que uma explicao textual. Mesmo em uma imagem convencional impossvel armazenar toda a informao de uma cena que desejamos capturar, como por exemplo, a informao 3D da cena. A maioria dos sistemas de visualizao grfica, como a tela do computador, no pode mostrar volumes 3D, pois tipicamente 2D. A impresso que temos na tela do computador de que podemos enxergar em profundidade, como o nome diz apenas impresso.2 Dr. em Fsica do Instituto Gleb Wataghin Coordenador da Universidade Estadual de Campinas UNICAMP

2

Para os que acreditam em sonhos possveis podemos dizer que holografia esta mais prxima do que nunca. Assistindo a srie de televiso "Jornada nas Estrelas - A Nova Gerao", j tivemos a oportunidade de assistir a tripulao da espaonave Enterprise vivenciando suas fantasias em uma sala denominada holodeck. O holodeck era uma sala de projeo hologrfica gigantesca que permitia que a tripulao interagisse com as projees e que interajissem em um ambiente simulado, mesmo que estivessem afastada por milhares de quilmetros. Hoje em dia o seriado de televiso vem se tornando realidade. A maioria dos componentes bsicos para esta rede j est pronta para permitir o desenvolvimento da tele-imerso. A tele-imerso a resposta da comunidade cientfica para o holodeck dos seriados de televiso. (Figura 1.1 a,b).

(a)

(b)

Figura n 1.1- Tele-imerso [UNC]3 (a-3D tele imerso testado ,Vero 2000, b- Sketch produzido por Andrei State) Ao combinar camera e telefonia via internet, a videoconferncia permitiu a troca em tempo real de mais informaes do que nunca, sem precisar trazer fisicamente cada pessoa para uma sala central. A tele-imerso leva a videoconferncia ao prximo nvel. Ela criar um ambiente central simulado que permitir que todos se juntem em uma sala virtual sem que ningum tenha de estar fisicamente presente.[2] No demorar muito tempo poderemos nos comunicar atravs de hologramas.3

Universidade da Carolina do Norte Estados Unidos 3

Consideraes como as anteriores motivaram esse trabalho. Trazer uma maneira mais simplificada de visualizao para desenvolver e facilitar o conhecimento. Aproximando-se cada vez mais da realidade, um holograma ser capaz de dirimir duvidas em tempo real. O equipamento desenvolvido prope a criao de hologramas com um baixo custo, viabilizando a instalao desse equipamento em escolas, museus, eventos, etc. sendo mais uma ferramenta para o aprendizado e desenvolvimento intelectual. Alguns autores apontam para a necessidade de se alterar a forma como trabalhado o ensino de Fsica, por exemplo, o qual no tem significado na vida dos alunos.o Prof. Pereira 4 verificou que os alunos consideram os assuntos estudados regulamente como enfadonhos, por serem tericos, distantes da sua realidade extremamente matemticos [3]

I.4 - Objetivos O objetivo desta dissertao desenvolver um prottipo de sistema de baixo custo, baseado na tecnologia de realidade virtual , com suas aplicaes, uso e solues em ambientes sintticos, atravs da holografia.

I.4.1 - Objetivos Especficos Desenvolver um processo de visualizao atravs da holografia, com as conceituaes das tendncias tecnolgicas da realidade virtual . Apresentar solues comerciais de mobilirio,equipamento e programas disponveis no mercado bem como suas caractersticas, de forma a serem aplicadas neste estudo.

I.5 - Hiptese Sintetizamos nossa proposta em duas hipteses:4 PEREIRA, O. Prof.de fsica 2 grau. So Paulo: Instituto de Fsica e Faculdade de Educao 4

1 - Facilidade de visualizao 3D; 2 - Facilidade de aprendizado: absoro e fixao do conhecimento.

I.6 Relevncia e justificativas comum na literatura da rea da Cincia da Informao (CI) a referncia ao texto "As We May Think" de Vannevar Bush [4].O artigo teve grande influncia em nossa aproximao com a CI, pois foi como se nos lanasse um desafio: "O conhecimento humano vem crescendo assustadoramente e se tornando cada vez mais especializado. medida que o conhecimento cresce e a especializao se estende, mais complicado se torna o nosso acesso a esse monumental acervo. O investigador fica perplexo quando tem que lidar com o produto da pesquisa de milhares de colegas -no tendo tempo para ler, muito menos para analisar e memorizar, tudo o que publicado, mesmo em sua rea de especializao. A especializao talvez seja a nica maneira de fazer o conhecimento progredir. Mas o esforo de construir pontes entre as vrias disciplinas especializadas ainda incipiente e artificial" BUSH (1945). Por mais que o artigo tenha sido apresentado em 1945 ainda bastante atual em sua relevncia. Nos dias de hoje a holografia permite estender pontes entre as diversas disciplinas, pois trata a totalidade como algo diferente da soma das partes (onde a parte est no todo e o todo est na parte), e o modelo que ela sugere gera possibilidade de relaes assncronas, intersubjetivas e interativas (como elemento de construo de realidades). Podemos perceber os processos de sincronizao e de interferncia, como possveis explicaes para as dinmicas de um determinado sistema sem se lanar mos das tradicionais relaes de causa e efeito. Mais importante que o anterior o fato que o modelo hologrfico se constri "fora do tempo", ou dito de outra maneira, define um campo de possibilidades onde o tempo inexiste, mas que permite uma emergncia particular no tempo e no espao daquele que a ele acede. A tecnologia da holografia aliada a da realidade virtual cria centenas de possveis aplicaes,nos quais jogos e entretenimento so as mais bvias. Qualquer sistema que fornea informao para as pessoas, que no demande pesquisa por parte do5

usurio, com certeza muito til para qualquer pessoa em praticamente todos os segmentos. Os sistemas de realidade virtual vo trazer esse mundo a ser estudado e descoberto e exibir os dados relacionados a esta viso. O novo equipamento permite que mltiplos usurios tenham uma viso natural em 3D da imagem que ser formada, cada um a partir de seu prprio ngulo. E sem a necessidade de culos especiais ou sistemas de rastreamento da posio de cada espectador. A tecnologia diferente dos sistemas 3D tradicionais, nos quais o usurio v duas imagens bidimensionais ligeiramente diferentes, uma produzida para ao olho direito e outra para o olho esquerdo. Com a facilidade desta visualizao 3D (tridimensional) haver uma grande difuso e ampliao do conhecimento. Onde vrios campos da percepo esto envolvidos. O desenvolvimento desse projeto pode ser justificado em reas como: escolas, museus, shoppings, displays promocionais, etc.

I.7 Atividades O projeto se prope a prototipagem e visualizao hologrfica, envolvendo as atividades de: Desenvolvimento do objeto virtual; Desenvolvimento do programa no Director Mx 20045[5]; Pesquisa de equipamentos direcionados para holografia e realidade virtual; Desenvolvimento do mobilirio.

Sendo que para grupo de atividades, existe um conjunto distinto de tarefas e etapas a serem realizados.

O Director MX 2004 uma ferramenta de autoria multimdia. Com ele possvel desenvolver aplicativos que no necessitam de plugins para rodar (stand-alone) e que funcionam em diferentes plataformas. 6

5

I.7.1 - Atividade 1 Desenvolvimento do objeto virtual usando programas de modelagem (software) como 3DS Max6 [6] com visualizao em quatro posies de cmera.

I.7.2 - Atividade 2 Desenvolvimento do programa no Director. O modelo gerado no 3DS Max e migrado em extenso Shockwave 3D 7 para o Director Mx 2004 onde h as atividades de planejamento e execuo das tarefas de simulao, atravs de realidade virtual. A imagem ser processada e programada para compor a tela de quatro monitores simultneos.

I.7.3 - Atividade 3 Pesquisa de equipamentos como: monitores, pcs, telados, processadores, etc. placas grficas, mouses,

I.7.4 - Atividade 4 Desenvolvimento do mobilirio ergonomicamente ajustado para a composio do holograma.

I.8 Requisitos do sistema O projeto visa a desinvolvimento de um prottipo de sistema para execuo de hologramas de imagem real para visualizao, apresentao, treinamento, exposio promocional entre outras.

3ds Max (anteriormente 3D Studio Max) um programa de modelagem tridimensional (ou modelao 3D) que permite renderizao de imagens e animaes. Sendo usado em produo de filmes de animao, criao de personagens e fases de games, vinhetas e comerciais para TV, maquetas eletrnicas e na criao de qualquer mundo virtual. 7 Multi-plataforma PC e MAC; Suporte aos softwares 3D mais conhecidos do mercado, como Maya, 3D Studio Max, SoftImage 7

6

O objetivo possibilitar no futuro a visualizao de objetos virtuais ou at mesmo ambientes virtuais onde sero analisados, estudados, compreendidos em tempo real com baixo custo. Apresentando-se desta forma, um caminho de vrios recursos computacionais que possibilitar o desenvolvimento de novas metodologias de ensino, por exemplo. Sero consideradas as especificaes de projeto de forma a propiciar a definio de um conjunto de recursos que o sistema dever proporcionar.

I.8.1 - Recursos bsicos O sistema dever dar condies de: Visualizao de objetos 3D; Gerar hologramas a partir desses objetos 3D.

I.8.2 - Recursos esperados No desenvolvimento dos recursos espera-se que possibilite, no sistema bsico, condies de: Acrescer novos objetos e ambientes virtuais em tempo real; Utilizar recursos de outros perifricos, como culos, luva entre outros; Programar no futuro visualizaes estereoscpicas em grandes salas de visualizao.

I.9 - Problematizao

I.9.1 - Definio do problema: O projeto para construo de um sistema gerador de hologramas se originou com pesquisa e estudos bibliogrficos, onde foram realizadas buscas de materiais e equipamentos que tornassem possvel a idealizao de um prottipo.

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A partir destas informaes coletadas foram desenvolvidos pesquisas de mercado para compra do material necessrio para montagem do prottipo. Com isso tivemos a oportunidade de diagnosticar: O custo para execuo de equipamento que tornem capaz a gerao de imagens hologrficas bastante alto. Os equipamentos e perifricos normalmente envolvidos so dispendiosos. H carncia de equipamentos de holografia para estudos de 1. e 2. graus para ser utilizado em larga escala j que o custo o impeditivo. Estagnao na apresentao de produtos em pontos de venda e exposies. Dificuldade de reaproveitamento de equipamentos de informtica obsoletos. Permanecendo bem claro a necessidade de se renovar as metodologias empregadas at o momento, possibilitando o desenvolvimento de novas tcnicas de visualizao, atravs da tecnologia de realidade virtual e a holografia. Desta forma, o desenvolvimento do projeto proposto possibilitara um aumento de ganhos de aprendizagem e pesquisa de objetos para conhec-los ou desenvolv-los, com um custo de execuo aceitvel. Outro fator importante o aspecto psicolgico desta nova visualizao que proporcionar uma interatividade em tempo real, possibilitando a oportunidade de aprimorar o conhecimento gerado, pensar mais nas possibilidades de resolver questes imperceptveis quando em mdias 2D, resolvendo problemas com maior poder de deciso resultando em uma melhor capacitao profissional.

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I.9.2 - A concepo do projeto A partir da definio do problema no tpico anterior, a concepo do projeto foi desenvolvida para apresentar um resultado de flexibilidade e interao das necessidades das reas de arquitetura e design ,ensino, planejamento, pesquisa, exposio, etc. fugindo dos tradicionais mtodos usados. Novas metodologias e tecnologias surgem continuamente e passam a ser utilizadas segundo as necessidades das pessoas e das organizaes. Solucionando problemas existentes, suprindo as antigas metodologias. A concretizao do prottipo vem com a utilizao da tecnologia de realidade virtual e da holografia, o uso, a aplicao e solues. O desenvolvimento do projeto foi elaborado em etapas, de forma a facilitar a sua configurao: Na primeira fase: foram realizados estudos bibliogrficos, buscou-se a literatura para se compreender a parte terica a ser empregada no projeto a ser elaborado. Na segunda fase: foi realizado um levantamento sobre o estado da arte, onde proporcionou novas idias para o projeto, coletas de informao, imagens de vdeo demonstrando atividades de profissionais j feitas pela comunidade cientfica. Na terceira fase: pesquisa de equipamentos, aplicativos comerciais existentes para desenvolvimento do projeto. Na quarta fase: desenvolvimento de modelos 3D e programas de apresentao. Na quinta fase: foi realizada a prototipagem. Medies, necessidades, verificao de materiais utilizados e ajustes. Na sexta fase: foram realizados os testes no prottipo. Montagem do holograma. Ajustes finos.

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I.10 Organizao da dissertao O texto da dissertao est organizado em 5 (cinco) captulos distribudos da seguinte forma: No captulo I, apresentada a metodologia proposta, a importncia do tema, motivao, objetivos, objetivos especficos, hipteses, relevncias e justificativa, atividades, requisitos do sistema, problematizao, a concepo do projeto e a organizao da dissertao. No captulo II, so abordadas definies, conceitos, utilizaes, apresentao de tecnologias que envolvem a realidade virtual e a holografia de forma explicativa. No captulo III, apresentado o estado da arte onde sero destacadas algumas aplicaes, reas de abrangncia. No captulo IV, ser explicado detalhadamente o desenvolvimento do projeto. No captulo V, so apresentadas previses oramentrias para execuo do projeto e a avaliao dos resultados. Consideraes finais e implantaes futuras tambm ser apresentada neste captulo. Ao final da dissertao esto includas as referncias, seguidas do anexo onde consta a planta do mobilirio do prottipo .

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Captulo II - A REALIDADE VIRTUAL E A HOLOGRAFIA

II. 1 - Introduo

Neste captulo poderemos ter uma viso da interseo realidade virtual x holografia. Trataremos de dar uma definio de forma a sintetizar os conceitos e aplicativos neste projeto tais como: realidade virtual, holografia..

II. 2 Realidade virtual, holografia.

A realidade virtual, para Gimenez e Kriner (1997), Mac Cormack e Jones (1998), Gallo e Hancock (2003), uma tcnica avanada de interface, onde o usurio pode realizar imerso, interao e navegao em um ambiente sinttico tridimensional gerado por computador, utilizando canais multi-sensoriais. Estas trs idias bsicas: imerso, interao e envolvimento isoladamente, no so exclusivas da realidade virtual, mas nelas coexistem. [7]

Com aplicao na maioria das reas do conhecimento e com um grande investimento na produo de programas e equipamentos, a realidade virtual vem apresentando um desenvolvimento acelerado nos ltimos anos e indicando perspectivas bastante promissoras para os diversos segmentos vinculados com a rea. [8]

Diversas tcnicas vm sendo utilizadas na tentativa de produzir imagens em trs dimenses, em que objetos possam ser observados sob diferentes ngulos de viso. Enquanto existem algumas maneiras (fotografia, por exemplo) de se projetar uma imagem de forma anloga8 ao nosso sistema ptico, outras tecnologias, como a holografia, parece estar reformulando os modelos de visualidade. Estudos acerca da holografia eliminam a necessidade de um acessrio mediador para a visualizao em trs dimenses e possibilitam outras relaes espaos-temporais na imagem. So imagens projetadas em superfcies bidimensionais. o crebro que as interpreta e as transforma em tridimensionais. [9]

So imagens projetadas em superfcies bidimensionais . o crebro que as interpreta e as transforma em tridimensionais. 12

8

A imagem hologrfica apresenta uma nova tipologia que desestabiliza a tradicional relao entre objeto, imagem e observador. uma imagem que ao mesmo tempo real e virtual.

Em nossos dias somos cercados por uma infinidade de tecnologias, interligadas com uma relao de interao entre o homem (usurio) x mquina (computador), no qual nos deparamos com a realidade virtual e a holografia, em seus mundos virtuais, compartilhados, possibilitando-nos como se fosse um novo conceito de arte contempornea, e de uso to ilimitado, passando de uma fico de tantas historias e filmes produzidos h anos atrs.

II. 2.1 - Realidade virtual

A definio de realidade virtual segundo Aukstakalnis,S e Blatner, D (1992)9.: "realidade virtual uma forma das pessoas visualizarem, manipularem e interagirem com computadores e dados extremamente complexos" Pode-se dizer que realidade virtual uma tcnica avanada de interface, onde o usurio pode realizar imerso, navegao e interao em um ambiente sinttico tridimensional gerado por computador, utilizando canais multi-sensoriais [10].

Um sistema de realidade virtual envolve estudos e recursos ligados com percepo, programas, equipamentos, interface do usurio, fatores humanos, e aplicaes [11]. Para a elaborao de sistemas de realidade virtual necessrio ter algum domnio sobre: dispositivos no convencionais de computadores de alto desempenho e boa capacidade grfica, sistemas paralelos e distribudos, modelagem geomtrica tridimensional, simulao em tempo real, navegao, deteco de coliso, avaliao, impacto social, projeto de interfaces, e aplicaes simples e distribudas em diversas reas.

A realidade virtual tambm pode ser considerada como a juno de trs idias bsicas[16]:9 Aukstakalnis, S., Blatner, D. (1992) Silicon Mirage: The Art and Science of Virtual Reality, Peatchpit Press, Berkeley, CA.

13

Imerso, ligada com o sentimento de se estar dentro do ambiente. Um sistema imersivo obtido com o uso de capacete de visualizao, mas existem tambm sistemas imersivos em salas (CAVE10-Cave Automatic Virtual Environment) com projees das vises nas paredes, teto, e piso. Alm do fator visual, os sentidos tambm so importantes para o sentimento de imerso, como som, posicionamento automtico da pessoa e dos movimentos da cabea, controles reativos, etc. A visualizao tridimensional atravs de monitor considerada no imersiva.

Interao, associada com a capacidade de o computador detectar as entradas do usurio e modificar instantaneamente o mundo virtual e as aes sobre ele (capacidade reativa). As pessoas gostam de ficar cativadas por uma boa simulao e de ver as cenas mudarem em resposta aos seus comandos. Esta a caracterstica mais marcante nos videogames.

Envolvimento, relativa ao grau de motivao para o engajamento de uma pessoa com determinada atividade. O envolvimento pode ser passivo, como ler um livro ou assistir televiso, ou ativo, ao participar de um jogo com algum parceiro. A realidade virtual tem potencial para os dois tipos de envolvimento ao permitir a explorao de um ambiente virtual e ao propiciar a interao do usurio com um mundo virtual dinmico. [12,13,14,15]

Isoladamente, essas idias no so exclusivas de realidade virtual, mas aqui elas coexistem. Embora o uso de capacetes na realidade virtual tenha evoludo e seja considerado corriqueiro, a realidade virtual com monitor apresenta alguns pontos positivos como: utilizar todas as vantagens da evoluo dos computadores; evitar as limitaes tcnicas e problemas oriundos do uso de capacete; e facilidade de uso. H casos em que visualizao com monitor aceitvel, mas com a evoluo da tecnologia de realidade virtual a tendncia ser a utilizao de capacetes ou salas de projeo CAVE para a grande maioria das aplicaes (Fig-2.1).

10

CAVE- Cave Automatic Virtual Environment Internacional- Caverna Digital -no Brasil- registrada pelo Prof. Marcelo Zuffo 14

Figura n 2.1 Caverna digital da Escola Politcnica da USP

Atualmente o Brasil possui centros de excelncia nesta rea, destacando-se aqueles que atuam nos seguimentos de petrleo (Petrobras), aeronutico (Embraer Empresa Brasileira de Aeronautica S.A. ) e a Automobilstico (Ford, Volkwagen, entre outras). Cabe salientar a efervescncia em outras reas promissoras como centros e museus, cultura, entretenimento, educao, medicina, energia e previso de tempo (ZUFFO, 2004)11

II. 2.1.1 Ambientes Virtuais

A realidade virtual tem sido uma forte tendncia em interfaces usuriocomputador. Trata-se de uma tecnologia avanada que proporciona imerso, navegao e interao em um ambiente tridimensional gerado por um computador utilizando os sentidos como: viso, tato, olfato e audio.

Considerando que ambientes reais so trabalhosos para construir, transportar e armazenar, ambientes virtuais podem ser armazenados em unidades de disco, e permitir mudanas rpidas. Possibilitam criar ambientes que poderiam ser extremamente caros se construdos (Fig-2.2). Na medida em que os equipamentos evoluem e tambm os programas, esses ambientes vo oferecer maiores vantagens. Outra utilizao para ambientes totalmente virtuais que podem ser educativos ou no.[17]

11 Prof. Marcelo Zuffo, coordenador do Laboratrio de Sistemas Integrveis (LSI) da Escola Politecnica da USP .- ( Universidade de So Paulo)

15

Figura n 2.2 - Flexibilidade de mutao de cenrio jornalstico.( Escola Superior de Comunicao de Portugal - Politcnia Junho/2006)

Podemos utilizar objetos como referncia para insero de imagens. Aqui esto algumas outras utilizaes com captura de marcadores em ao (Fig.2.3). Tambm a utilizao de programas como VRML(Virtual Reality Modeling Language) (Fig.2.4) e FluxStudio.

Figura n 2.3 Utilizao de marcadores.(artigo - Arthur A. B. Buccioli, Ezequiel R. Zorzal, Claudio Kirner- Usando Realidade Virtual e Aumentada na Visualizao da Simulao de Sistemas de Automao Industrial)

16

Figura n 2.4 VRML.( 3D Interactive San Diego Fly Though - GeoWall technologies)

A composio em tempo real permite que o usurio se locomova para diferentes lugares em cena e a iluso torna-se forte e convincente. Uma vez construdo o modelo 3D do objeto virtual, este fica disponvel para us-lo de diferentes formas, como mutaes (Fig. 2.5) de cor da parede e o tapete, por exemplo, ao vivo.

Figura n 2.5 Mudanas de papel de parede.(Fonte:AURELIO 2005)

Toda essa flexibilidade permite um grande nmero de efeitos especiais na computao grfica vindo como uma nova ferramenta de criao, inovando as possibilidades dos diferentes processos criativos, aliada das tcnicas tradicionais de projeto, construindo um espetculo atraente no vdeo (Fig. 2.6).

17

Figura n 2.6 - Usurio em ambiente RV

A essncia da RV a fuso do real com o virtual. Nesse sentido, temos o que chamamos de realidade misturada, que significa misturar uma cena real com objetos virtuais e vice-versa, sempre com o auxlio do computador [18].

A realidade misturada ( mistura do virtual com o real) se divide em duas classes: a) realidade aumentada quando o ambiente principal real, ou seja, h predominncia do real no ambiente misturado e b) virtualidade aumentada quando o ambiente principal virtual, ou seja (Fig.2.7). h predominncia do virtual no ambiente misturado

Figura n 2.7 - Diagrama de realidade/virtualidade contnua [19]12.

12

MILGRAM, P -pesquisador da Universidade de Harvard 18

Sabemos que na medicina, cirurgias realizadas distncia so auxiliadas pela RV. O paciente pode estar no Brasil e o mdico no outro lado do mundo; ainda assim, j possvel que o mdico realize cirurgias sem estar ao lado do paciente. Estudantes de Medicina tambm podem usufruir da RV atravs de simulaes cirrgicas, com pacientes virtuais [20].

Tratamento de fobias e uma outra aplicao de RV.

Um exemplo dessa

aplicao foi demonstrado em uma uma revista [18], em que pessoas com medo de falar em pblico usavam simuladores para tentar acabar com tal fobia.

Na Educao e Cultura assim como j citado na rea de Medicina, qualquer outra rea pode aproveitar os benefcios de um sistema de RV. Reconstituio histrica ou criminal, estudos sobre geometria, geografia, artes... Imagine o quanto uma pessoa pode ganhar em conhecimento caso ela no tenha recursos para visitar museus, o Coliseu, o Monte Fuji.... Mas consiga visualiz-los atravs de um ambiente virtual imersivo, como livros interativos por exemplo. (Fig.2.8).

Figura n 2.8 Livro interativo13

II. 2.1.2 - Equipamentos utilizados em RV

A RV remete a um controle tridimensional altamente interativo de processos computacionais. Os usurios entram no espao virtual (eixo x, y e z) das aplicaes e visualizam, manipulam e exploram os dados da aplicao em tempo real, usando seus13 Livro de Realidade Aumentada para Crianas Portadoras de Necessidades Especiais- 2005-Claudio Kirner 19

sentidos. Uma vantagem dessa interface que o conhecimento intuitivo dos usurios percebe que o mundo fsico pode ser transferido para ser manipulado em um mundo virtual. Para conseguir esse tipo de interao, os usurios utilizam dispositivos como: capacete de visualizao e controle, luva, e outros. Estes dispositivos do aos usurios a iluso de que a aplicao est funcionando no ambiente tridimensional real, permitindo a explorao do ambiente e a manipulao natural dos objetos com o uso das mos, por exemplo, para apontar, pegar, e realizar outras aes [24]..

II. 2.1.3 Programas utilizados em RV

No Brasil, h a comercializao de sistemas para gerao de imagens (sintticas e reais) e visualizao, tais como: Open GL - Desenvolvido pela Silicon Graphics Inc. em 1992[21]; RenderMan - (PIXAR, 2002) [22]; Maya - Alias|Wavefront. [23]; Discreet - ; 3D Studio Max uma soluo de modelao e animao 3D utilizada neste prottipo, orientada por objetos, plataforma Windows 98, NT ou XP. A sua modelao, animao, renderizao e ambiente interativo personalizvel permite a otimizao da produtividade de mltiplos utilizadores que estejam a trabalhar no mesmo projeto. Uma das grandes vantagens do 3D Studio Max a quantidade de plugins que esto disponveis, permitindo que cada vez mais o limite seja a criatividade do usurio; Director Mx 2004 - ferramenta de autoria multimdia que constitui a base de funcionamento do DART , o outro programa utilizado nesta dissertao onde ficou responsvel pela interao entre o objeto e o usurio.

II.2.2 Holografia

Holografia significa gravao ou registro do todo. A palavra 'holografia' vem do grego: "holo" quer dizer 'todo' e "grafia", 'escrita'. A holografia uma tcnica que vem sendo desenvolvida h um longo tempo. uma forma de reproduzir uma imagem, assim como a fotografia ou o cinema. S que a holografia reproduz uma imagem inteira. a imagem em trs dimenses, que parecida com a viso humana sobre as coisas que existem no mundo: com altura, comprimento, largura e profundidade[25].

Alm disso, o holograma possui uma caracterstica nica, em apenas um trecho existem informaes sobre toda a imagem registrada (a comparao pode ser feita com20

uma janela, cobrindo-a e deixando um pequeno buraco um espectador continua enxergando toda a paisagem do outro lado mas de um ngulo muito restrito, quando descoberta tem-se a paisagem completa de vrios ngulos e com todos os detalhes). [26]

Este conceito de registro "total" foi utilizado em outras reas, como na neurologia, neurofisiologia e neuropsicologia para explicar como o crebro armazena as informaes ou como nossa memria funciona.[27] A holografia no pode ser confundida como mais uma simples forma de visualizao em 3 dimenses, mas sim como um processo de se codificar uma informao e depois se recriar "integralmente" esta mesma informao. A holografia foi concebida em 1948 pelo hngaro Denis Gabor 14, mas somente realizada pela primeira vez nos anos 60 com a utilizao do laser. utilizada pela fsica como uma sofisticada tcnica fotogrfica, de anlise de materiais ou de armazenamento de dados. Nesta dissertao a utilizao do laser irrelevante j que utilizamos a imagem 3D modelada e apresentamos o objeto em um programa especifico.

Algumas caractersticas da imagem hologrfica so: 1) a possibilidade de cada parte reconstituir a imagem inteira; 2) a diversidade de pontos de vista, pois possvel ver atrs e na frente da imagem; 3) nova relao espao-tempo na medida em que no domnio das freqncias tudo existe simultaneamente.

II. 2.2.1-rea de utilizao

Para ver um holograma, no h necessidade de se esforar muito; basta olhar sua carteira. Existem hologramas na maioria dos documentos. Ainda podemos encontrar hologramas em casa, eles fazem parte dos CDs e DVDs e de pacotes de programas, assim como de quase tudo que vendido como "produto oficial".

Esses hologramas, infelizmente (existem para dificultar as falsificaes) no so muito impressionantes. Podemos ver que as formas e as cores so alteradas quando voc movimenta para frente e para trs, mas normalmente eles parecem em figuras brilhantes14 Fsico do Reino Unido. Foi Nobel de Fsica em 1971 pela inveno e aperfeioamento do mtodo hologrfico.

21

ou manchas coloridas. At os hologramas produzidos em larga escala que caracterizam heris de quadrinhos ou filmes podem parecer mais fotografias verdes do que imagens tridimensionais maravilhosas.

J ao contrrio os hologramas grandes, iluminados laser ou exibidos em locais escuros e com iluminao cuidadosamente direcionada. So hologramas em superfcies bidimensionais que mostram imagens tridimensionais absolutamente precisas de objetos reais. No precisamos usar acessrios como culos especiais, nem olhar atravs de um View-Master15 para ver as imagens tridimensionais.

Se olharmos os hologramas de diferentes ngulos, veremos os objetos de diferentes perspectivas, exatamente como veramos se estivssemos observando um objeto real. Alguns parecem mover-se ou mudar de cor medida que nos aproximamos deles e olhamos de diferentes ngulos.

Os hologramas tambm apresentam outras caractersticas incrveis. Quando cortamos um holograma ao meio, cada parte ter visualizaes completas da imagem hologrfica inteira. O mesmo ocorre se voc cortar um pedao pequeno - mesmo um fragmento minsculo ter a imagem inteira. Alm disso, se voc fizer um holograma de uma lente de aumento, a verso hologrfica ampliar os outros objetos no holograma, como se este fosse real. (Fig.2.9)

15

Dispositivo visualizador de discos com 7 imagens em 3D 22

Figura n 2.9 - Quando cortamos um holograma ao meio, podemos ainda ver a imagem inteira em cada pedao. (fonte: HowStuffWorks)

A holografia esta presente em vrias reas de atuao. Dentro da pesquisa cientfica com o desenvolvimento de instrumentos pticos, estudo de materiais, etc. Na rea da industria bem explorada no controle de qualidade e na segurana. Na tecnologia da informao o uso de hologramas e testado como uma forma "ptica" de armazenamento de dados. Hologramas tambm so utilizados na rea da comunicao como um "display" de alto impacto visual onde culminou com seu uso comercial como elemento promocional. Nas artes visuais alguns artistas usam a holografia como uma forma de expresso. Os pioneiros da holografia no Brasil foram o Prof. Jos Lunazzi, da UNICAMP16 Moyss Baumstein17 e Fernando Catta-Preta18. Baumstein produziu muitos hologramas comerciais para empresas, instituies e agncias de promoo.

16 UNIVERSIDADE DE CAMPINAS So Paulo 17 Artieta brasileiro, suas principais reas de atuao foram: artes visuais (pintura, gravura e desenho), holografia, teatro, cinema, vdeo e literatura. 18 Autor de inumeros livros, como: Holografia a luz esculpida. 23

A empresa norte-americana Dimensional Foods Corporation anunciou a criao das primeiras imagens hologrficas comestveis. Comer um chocolate em formato de coelho na Pscoa, no novidade. Espantoso mesmo ver a imagem tridimensional de um coelhinho gravada no doce, e alm de tudo com-la. Quarenta e quatro anos depois de ser inventada a tcnica da holografia a empresa americana Dimensional Foods Corporation anuncia a criao das primeiras imagens hologrficas comestveis. Utilizando um processo indito, figuras em terceira dimenso so estampadas diretamente na superfcie de biscoitos, chocolates e produtos farmacuticos, sem modificar seus sabores ou texturas caractersticas.

A holografia comestvel, como esta sendo chamada, imprime em camadas microscpicas na superfcie dos alimentos (1 ou 2 micros de profundidade), modelam-se as minsculas formas irregulares que vo gerar, a partir da difrao da luz, cores vivas e a sensao de figuras em movimento. Esses hologramas no acrescentam nenhum aditivo aos ingredientes do produto, tornando-se imperceptveis ao paladar. "Ser a maior transformao dos mtodos existentes para colorir e decorar alimentos", afirmou Eric Begleiter, inventor das holografias nos produtos comestveis.19 [28]

II. 2.2.2 - Processo hologrfico

Descrevemos o processo hologrfico conforme abaixo (Fig.2.10) descrito em tpicos a seguir[29]:

A empresa norte-americana Dimensional Foods Corporation anunciou a criao das primeiras imagens hologrficas comestveis. 24

19

Figura n 2.10 - Montagem clssica ( fonte: HowStuffWorks)

a) A gravao da imagem do objeto em um holograma, que nada mais do que um filme de alta resoluo capaz de registrar um padro de interferncia de ondas. So necessrios dois feixes de luz Laser, ou seja, dois raios de luz coerentes e monocromticos, provenientes da mesma fonte. Outra forma de se obter uma imagem tridimensionais criar objetos 3D em programas especficos para isso. Essa segunda forma foi a utilizada nessa dissertao

b) No estagio de gravao, uma parte da luz utilizada para iluminar o objeto, enquanto outra parte utilizada como feixe de referncia.

c) O raio de referncia e a luz refletida pelo objeto se interferem e o resultado deste padro de interferncia gravado no filme hologrfico, formando o holograma.

d) No estgio de reconstruo, isto , durante a visualizao posterior, o holograma iluminado apenas pelo raio de referncia, produzindo rplicas das frentes25

de ondas refletidas pelo objeto original. So precisamente estas frentes de ondas reconstrudas que podem ser observadas visualmente e que transmitem a imagem do objeto.

No so necessrias muitas ferramentas para fazer um holograma. Hologramas podem ser fabricados com [30]:

a) laser (Light Amplfication by Simulated Emission of Radiation): os vermelhos, normalmente lasers HeNe (hlio-non) so muito comuns em holografia. Alguns experimentos mais simples utilizam diodos de ponteiros de laser vermelho, mas a luz do ponteiro tende a ser menos coerente e estvel, o que dificultaria a obteno de uma imagem de boa qualidade. Alguns hologramas utilizam lasers que produzem cores diferentes de luz. Dependendo do tipo de laser que for utilizado (Fig.2.11), tambm podemos precisar de um obturador para controlar a exposio;

Figura n 2.11 - Esquema bsico do laser (fonte: HowStuffWorks)

b) lentes: a holografia normalmente considerada uma "fotografia sem lente", porm ela requer lentes. Contudo, a lente de uma cmera focaliza a luz, enquanto as lentes usadas na holografia fazem o feixe propagar-se;

c) espelhos: direcionam os feixes de luz para os locais certos. Junto com as lentes e o divisor tico, os espelhos devem estar totalmente limpos. P e sujeira podem piorar a imagem final;

d) divisor tico: dispositivo de espelhos e prismas que dividir um feixe de luz em dois feixes;

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f) filme hologrfico: pode gravar luz com uma resoluo alta, o que necessrio para criar um holograma. uma camada de compostos sensveis luz em uma superfcie transparente, como um filme fotogrfico. A diferena entre o filme hologrfico e o fotogrfico que o filme hologrfico deve ser capaz de gravar mudanas muito pequenas de luz que ocorrem a distncias microscpicas. Em outras palavras, ele precisa ter um gro muito fino. Em alguns casos, os hologramas que utilizam um laser vermelho contam com emulses que respondem mais intensamente luz vermelha.

H diversas maneiras diferentes de organizar essas ferramentas, mostraremos um arranjo bsico de holograma de transmisso. Os pontos do laser no divisor tico, que divide o feixe de luz em duas partes. Os espelhos direcionam os caminhos desses dois feixes, para que eles incidam em seus alvos. Os dois feixes passam atravs de uma lente divergente e tornam-se uma fileira larga de luz em vez de um feixe estreito. Um feixe, o feixe do objeto, reflete fora do objeto e na emulso fotogrfica. O outro feixe, o feixe de referncia, incide na emulso sem refletir em outra coisa que no seja o espelho.

Uma boa imagem fora dessa configurao requer um espao de trabalho adequado. s vezes, as exigncias desse espao so mais rigorosas do que as do equipamento. Quanto mais escuro for o ambiente, melhor. Uma boa opo para iluminar um pouco o ambiente sem afetar o holograma so aquelas luzes utilizadas em cmaras escuras. Uma vez que as luzes da cmara escura geralmente so vermelhas, e a holografia normalmente utiliza-se laser vermelho, existem luzes verdes e verde-azuladas feitas especificamente para a holografia.

A holografia tambm requer uma superfcie de trabalho que mantenhamos o equipamento totalmente parado. Ele no pode vibrar quando andarem pela sala ou quando os carros passarem na rua. Os laboratrios de holografia e os estdios profissionais geralmente utilizam mesas especialmente projetadas, que possuem camadas de suporte em forma de favo sobre pernas pneumticas. Elas ficam embaixo do tampo das mesas e amortecem vibraes. Podemos fazer uma mesa de holografia

27

colocando tubos internos inflados em uma mesa pequena, com uma caixa cheia de areia sobre ela. A areia e os tubos internos faro o papel dos favos da mesa profissional e dos suportes pneumticos. Outra forma de criarmos uma mesa que minimiza a vibrao e improvisarmos usando sacos de areia ou acar para segurar cada pea do equipamento, mas eles no ficaro to firmes quanto uma instalao maior.(Fig. 2.12) .[31]

Figura n 2.12 - Mesa Hologrfica ( fonte: HowStuffWorks)

Para fazer hologramas claros, voc precisa reduzir a vibrao no ar. Minimizar as interferncias de sistemas de aquecimento e ar condicionado que podem soprar o ar em volta, da mesma forma, o movimento de corpos ao redor, a respirao e at mesmo a dissipao do calor de pessoas em uma sala.

Essas precaues parecem com as recomendaes de fotografias levadas ao extremo - ao tirar fotos, devemos manter a lente da cmera limpa, controlar os nveis de luz e manter a cmera completamente parada. Isso porque fazer um holograma praticamente igual a tirar uma foto com um nvel microscpico de detalhes.

II. 2.2.3 - Tipos hologrficos

No holograma, onde fica registrada a combinao das ondas (a da fonte laser e a refletida pelo objeto) pode-se recuperar a imagem do objeto ao se iluminar o padro do mesmo ngulo em que foi gravada, com uma luz coerente (ou semi-coerente) que ento torna visvel aquela segunda componente, referente ao objeto, que mostra a sua28

configurao espacial, sua aparncia, projetando-a no espao. De acordo com a forma como a luz atinge o filme e o objeto pode criar diferentes tipos de imagens hologrficas, com qualidades e aplicaes bem distintas. Segundo Juliano Serra 20os principais tipos de hologramas so:

a) Hologramas de Transmisso - so feitos com um, dois ou mais feixes de luz que atingem o filme pelo mesmo lado e so visveis apenas com a luz do laser. Produzem imagens muito fiis e possvel tambm o registro correto das cores com o uso de laser apropriado. (Fig. 2.13 e 2.14)

Figura n 2.13 - Holograma de transmisso com feixe simples. (fonte: HowStuffWorks)

Figura n 2.14- Holograma de transmisso com feixe duplo (fonte: HowStuffWorks).Doutorando em Cincia da Informao do departamento de Cincia da Informao e Documentao da Universidade de Brasilia- DF , Professor Assistente, lecionando "OFICINA DE FOTOGRAFIA" e "FOTOGRAFIA e VDEO" e Departamento de Artes da Universidade de Braslia, DF 2920

b) Hologramas de Reflexo - os feixes de luz atingem o filme por lados opostos, e a imagem pode ser reconstruda com iluminao no coerente mais concentrada, como a do Sol ou de uma lanterna.(Fig.2.15 e 2.16)

Figura n 2.15 - Holograma de reflexo com feixe simples.(fonte: HowStuffWorks)

Figura n 216 - Holograma de reflexo com feixe duplo.(fonte: HowStuffWorks)

c) Hologramas Multiplex - de acordo com o ngulo de incidncia da luz evidencia imagens diferentes. Podem ser registradas muitas figuras em seqncia e permite certo grau de animao hologrfica. Os hologramas Arco-ris, ou de Benton, so deste tipo tambm, embora com apenas uma figura, e mostra cores diferentes ao se variar o ngulo de iluminao.

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d) Hologramas de canais mltiplos: Duas ou mais imagens so visveis de diferentes ngulos. Existem tipos diferentes de hologramas de canais mltiplos: Simples com 2, 3 ou mais imagens cada, vista de um ngulo diferente.

e) Hologramas de Imagem Real - so hologramas de reflexo produzidos a partir de hologramas de transmisso e mostram imagens em frente a o filme incrivelmente realistas e precisos. Essa dissertao utilizasse dessa tecnologia para desenvolver o projeto proposto.

d) Hologramas Impressos - feitos pr presso em materiais como mylar aluminizado, e fotos sensibilizados em dicromatos e polmeros, so utilizados comercialmente em aplicaes de segurana, embalagem, propaganda e vrias outras.

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Captulo III -ESTADO DA ARTE

III. 1 - Introduo Neste captulo avaliaremos o que o mundo de tecnologia est fazendo com os dois assuntos pertinentes a essa dissertao: realidade virtual x holografia. No final do sculo XX percebemos a holografia sendo utilizada em inmeras atividades humanas, no somente restritas Cincia e Arte, como acontecia nos anos 80, quando a tcnica hologrfica j cumpria os trinta anos de desenvolvimento. Atualmente encontramos a holografia aplicada nas reas de: arte, segurana, equipamentos ticos, interferometria, reconhecimento de padres, medicina, memrias de computador, alimentos, moda, sistemas de radar, microscopia eletrnica e em muitas outras a holografia comea a ocupar espaos. Quando aliada a realidade virtual podemos alcanar maiores nveis de interao. A partir da premissa que qualquer coisa pode ser criada, vivenciada ou modelada (simulada) com as tcnicas de realidade virtual e aumentada constatamos que com a holografia torna a realidade mais subjetiva do que parece.

III. 2 Destaques das aplicaes Podemos afirmar que hoje compartilhamos de uma realidade virtual sem culos (holografia). Os hologramas de imagem real so o ponto de partida dessa dissertao, so hologramas de reflexes produzidos atravs de hologramas de transmio que formam imagens de forma realista e precisa. Abaixo sero apresentados uma coletnea de trabalhos onde a holografia e a realidade virtual caminham juntas.Essa dissertao foi baseado no projeto The Virtual Showcase[32] - que apresentam exibies hbridas. um projeto de investigao e colaborao de dez scios em pesquisas industriais e museus da ustria, Blgica, Alemanha e de Portugal financiados pela Unio Europia (IST-2000-28610), e pela Universidade Tecnolgica de Viena. As aplicaes descritas apresentam tecnicas de renderizaa que foi aplicado para o Virtual Showcase construdos no espelho plano ou curvo. O projeto Virtual Showcase introduz um novo tipo de apresentao das imagens estereoscopicamente projetadas sobre objetos reais aos mltiplos usurios. Geralmente as amostras virtuais consistem em duas etapas principais: um conjunto de espelhos meio32

prata e uma exposio de displays grficos estereofnico. Nas amostras os objetos so iluminados estereoscopicamente onde so apresentados aos observadores. Nesse projeto, a sincronizao estereofnica da separao e dos grficos conseguida com obturador ativo vidros e emissores infravermelhos. O espelho colocado de tal maneira que reflete tela de projeo. Os usurios podem ver objetos reais dentro do cone de espelhos meio pratas que se fundem com os grficos indicados na projeo tela. As imagens correspondentes so renderizadas em um nico PC com hardwares apropriados com placas grficas eficientes.

III.2.1 - The Virtual Showcase 1 Caso - Vidro plano

Figura n 3.1 -Duas vistas formam a imagem do objeto25 Conforme apresentado no capitulo anterior rea real na frente de um espelho conhecida como espao do objeto e a rea virtual atrs de um espelho (que percebido ao o olhar) espao da imagem. Anote que estas definies se encontram mais como convenes do sistema tico geomtrico do que de grficos de computador, onde o espao do objeto geralmente o sistema e o espao da imagem so o mundo das coordenadas 3D e 2D. Dependendo da geometria do espelho (por exemplo, plano

25

Todas as figuras deste captulo foram retiradas do trabalho de O. Bimber 26 The Virtual ShowcaseIEEE Computer Graphics and Applications -Novembro/Dezembro de 2001 e The Virtual Showcase An innovative augmented reality display system 33

(Fig.3.1) ou curvo), a reflexo do espao do objeto aparece de forma diferente no espao da imagem.[33] Quando o espao da imagem de espelhos planar um mapa do espao do objeto, o espao da imagem de espelhos curvos transformado um mapa curvilneo. Entretanto, os usurios no veem um espelho ao olhar o dispositivo do The Virtual Showcase. O espelho aparece transparente como a showcase tradicional. As reflexes em sua superfcie devem ser combinado simultaneamente com os objetos reais incluidos. Na caixa de espelhos meio prata, o espao da imagem une a imagem refletida do espao do objeto na parte dianteira de o espelho e a imagem transmitida do ambiente real atrs do espelho. O ponto inicial para a tcnica de renderizao requer uma descrio da geometria da cena isso ficando situado virtualmente dentro do showcase.[34] No The Virtual Showcase os autores26 transformaram a geometria do espao da imagem em o espao do objeto de tal maneira que a reflexo do espao indicado do objeto resulta na tica esperada no espao da imagem. Conseqentemente, a geometria do espao da imagem transformado indicada em um plano de projeo que foi encontrado dentro do espao do objeto (isto , na frente do espelho). Assim, a geometria da reflexo do espelho neutraliza a imagem transformada no espao. Dado a forma tica, a imagem parece esteriocpicamente e com a perspectiva correta e no distorcida para o observador. O Prottipo do Virtual Showcase.- Pirmide-dado ( Fig.3.2) forma do prottipo que sustenta at quatro vistas, suporta mltiplos usurios. Os objetos virtuais e reais coexistem na juno do espao da imagem dentro do cone, a aparncia do inteiro no espao da imagem acontece para cada ponto de vista. A equipe The Virtual Showcase se baseou que um nico dispositivo de exposio planar (tal como um sistema de projeo anterior). O dispositivo de exposio e o sistema tico do espelho so definidos dentro das mesmas coordenadas do sistema. Neste exemplo, o plano de projeo combinam as coordenadas do sistema x/y.Oliver Bimber, cientista doFraunhofer Institute for ComputerGraphics;-Bernd Frhlich professor de Virtual Reality Systems na Bauhaus University Weimar Alemanha;- Dieter Schmalstieg professor assistente em Interactive Media Systems da Vienna University of Technology, Austria;- L. Miguel Encarnao responsvel pelo Human Media Technologies Department of the Fraunhofer, Center for Research in Computer Graphics emProvidence, Rhode Island, e professor adjunto de cincia da computao na University of Rhode Island 3426

Figura n 3.2 Esquema do Virtual Showcase com vidro plano. Para transformar o espao da imagem no espao do objeto, foram aplicadas diferente encadeamentos ligeiramente modificados para transformao de cada um espelho plano. Com parmetros dos espelhos planos a equipe do Virtual Showcase teve que integrar duas modificaes na transformao comum do modelo. Eles aplicaram uma transformao adicional no modelo entre a transformao da cena M (que , a acumulao do glTranslate, do glRotate, do glScale, e assim por diante) e transformao do ponto de vista V (tais como o gluLookAt). O resultado foi conseguido multiplicando a matriz da reflexo R com a transformao da matriz atual do ponto de vista da transformao. Aps a transformao da cena. foram aplicados a transformao comum do ponto de vista da matriz V com o ponto de vista refletido E ao inves do ponto de vista atual E. Transformando em ponto de vista real sobre o espelho-plano especfico: E = R.E . A matriz da reflexo segundo a equipe de Oliver Bimber dada por:

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1-2ar2 R= -2arbr -2arcr 0

-2arbr 1-2br2 -2brcr 0

-2arcr -2brcr 1-2cr2 0

-2arr -2brr -2crr 1

Anote que o inverso de R equivalente a R se nr = [ar,br, cr] normalizado. Ento escreveram acumuladas matrizes da transformao como P . V . R . M, onde P denota a matriz da transformao dos off-axis aplicados na projeo da perspectiva Desde que uma matriz individual da reflexo existe para cada um espelho plano, a equipe aplicou um modelo modificado de transformao (com indivduo R e E) para cada um que fique frente ao espelho, respectivamente. Assim, para um ponto de vista E, a geometria do imagem-espao transformada e renderizada (para cada espelho reflete individualmente a vista). O exemplo da figura 3.1, ilustra a pirmide truncada do Virtual Showcase, supondo que um nico observador v atravs de dois espelhos simultaneamente. A aplicao de R inverte tambm a ordem do poligono (que influenciam a determinao da direita esquerda da face do objeto, luminosidade e assim por diante), quando a ordem do poligono invertida, h inverso na transformao e na renderizao.[35] Um nico objeto indicado no espao do objeto aparece exatamente uma vez no espao da imagem porque os conjuntos dos espelho convexo subdividem inequivocamente no espao do objeto em zonas individuais da reflexo para cada espelho, que no cruze ou sobreponha. Conseqentemente, os conjuntos de espelho convexo fornecem um traado definitivo entre o objeto e os espaos da imagem. Observamos as imagens diferentes se fundirem ticamentem em um nico espao consistente da imagem. Refletindo o plano de projeo. Por meio deste espao da imagem visualmente iguala-se a imagem sem transformao da geometria da imagem-espao. As vistas em figura 3.2 podem ser vistas por um nico visor ao mover-

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se em torno do showcase, ou pelos dois visores ao olhar espelhos diferentes simultaneamente.

III.2.2 - The Virtual Showcase 2 Caso - Vidro curvo e convexo

Figura n 3.3 Virtual showcase com vidro curvo e convexo The Virtual Showcases com vidro curvo convexo [36] foi construdo com um nico registro e conseqentemente uma nica folha. Ao invs de usar as mltiplas sees planares reduzindo a calibrao. Problema esse, que causam grandes erros. Passando a gerar uma nica etapa. As bordas do espelho das sees adjacentes desaparecem resolvendo o problema em algumas aplicaes. Entretanto, usando espelhos curvos e convexo introduzimos um novo problema: a transformao da geometria do espao da imagem e no do espao do objeto no linear e sim curvilneo. Para traar geometria da imagem apropriadamente no objeto, espelhos curvos requerem a troca de pontos de vistas por vrtices. Conseqentemente, aplicaram matrizes para transformao dos vrtices, como os ns para os espelhos planos. Eles desenvolveram diversas tcnicas para transformao da geometria para espelhos curvos.

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A

B

C

D

Figura n 3.4- Imagem baseada nos mltiplos passos mtodo para sistema tico curvo. (a)Gerao da imagem durante primeira renderizao;(b, c) Imagem deformao e imagem;(d) renderizao durante em segundo passo. O mtodo de renderizao apresentado na figura. 3.4 evita o acesso direto geometria da imagem e impede conseqentemente o tempo de renderizao de muitos vrtices da cena. O mtodo aplica uma seqncia de imagens intermedirias do objeto. So mais eficientes para exposies em espelho curvos. Representa uma mistura entre a imagem gerada do objeto e a projeo de texturas. Isto necessrio porque os espelhos curvos renderizam projees diferentes (isto , uma origem ou um ponto de vista diferente para cada projeo) para cada pixel. A principal diferena que gereda uma imagem deformada atravs do traado do raio isto , cada pixel gerado de um ponto preliminar. Esse mtodo deforma uma imagem, projetando-o individualmente para cada pixel. Alm estes mtodos, foram executados mais etapas que corrigem a distoro tica causada. Transformaram em seguida a imagem que foi gerada durante o primeiro passo de modo que sua reflexo fosse percebida distorcida dentro do espelho. Para suportar as38

deformaes subseqentes da imagem, geraram uma representao geomtrica do plano de imagem. A geometria da imagem representada por reposicionamentos triangulares transformada na viso atual dentro do espao da imagem de modo que, se a imagem for traada em uma malha, cada linha de vista cruza seu pixel correspondente (veja a figura 3.4 B). Conseqentemente, a imagem perpendicular linha central tica e centrada com o espao da imagem geomtrica. Finalmente, foram transformados cada ponto da malha em Realidade Virtual [37]

III.2.3 - The Virtual Showcase 3 Caso Tabuleiro de xadrex Um usurio[32]

Figura n 3.5- Prottipo para um usurio com tabuleiro de xadrez real para dentro. Na parte superior, o projetor, o espelho, e as cmeras usadas podem ser vistas.Um DLP-projetor (InFocus LP 350) foi montado na parte superior da amostra usado para a tela de projeo de fundo e indireta e em uma tela de projeo horizontalmente montada. Um espelho montado com um ngulo de 45 graus deflexiona o feixe horizontal do projetor para baixo da tela de fundo. A tela de projeo de fundo

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consiste em uma pelcula fina que foi fixada entre duas placas de vidro obtendo uma projeo em uma tela plana. (Fig.3.5) A tela de projeo de fundo (51cmx68cm) horizontal montada acima de um espelho meio prata. O espelho meio prata toma um ngulo de 33 graus na horizontal e reflete a imagem no visor na frente da amostra. Cinco lmpadas halgenas foram montadas abaixo da parte frontal do espelho meio prata para iluminao. A dimenso da caixa inteira : 73cmx 56cmx175cm. Os projetores so sincronizados com os cartes grficos, permitido o uso da viso estereo. O seguimento tico usado baseado no ARToolkit, que d os resultados exatos para experincias, mas no para o uso da imagem real. Uma cmera unida parte superior da amostra sendo observado na rea da frente. Adicionalmente, um marcador tico unido aos espelhos que so fixados perto ao visor. Este marcador ento reconhecido pelo software, permitindo determinar a posio da pea. A interao com a amostra possvel de duas maneiras. De um lado por meio de um touchpad, similar queles construdos em computadores portteis, unido parte dianteira da amostra, e usando um laser para o ponto alvo (laserpoint). O laserpointer consiste em uma varinha simples com dois marcadores programados no ARToolkit, um unido parte dianteira e o outro unido ao fim do varinha. Quando a posio dos marcadores reconhecida, o sentido do feixe de laser pode ser calculado. Este feixe pode ento ser usado interagindo com o contedo. Este prottipo de hardware pode ser considerado como a verso baseada no Jogador de Xadrez (figura 3.11 e 3.12). Similar a este, um nico o usurio reside em uma posio fixa na frente da amostra. o campo de viso restringido parte dianteira da amostra. Devido a estas limitaes espaciais e ticas, o prottipo suportam somente um nico usurio por vez. De acordo com a definio do software jogador de xadrez, o movimento das peas do usurio pode se supor, mas no obstante seguido. O tamanho da rea atrs do espelho meio prata, que pode conter uma exibio fsica, 50cm x 50cm. O ngulo um pouco pequeno entre o espelho e o assoalho da mostra (33 graus) restringe a altura de a exibio a aproximadamente 20 cm. No40

exemplo a mostra contm um tabuleiro de xadrez fsico, que seja aumentado com figuras virtuais da xadrez. A construo fechada e compacta do prottipo fornece uma razovel qualidade visual ocorrendo da mesma forma em ambientes de maior intensidade luminosa.

III.2.4 - The Virtual Showcase 4 Caso Quatro usurios [32]

Figura n 3.6- Prottipo para quatro usurios Na parte superior, o emissor para o seguimento magntico e o projetor foram utilizados para iluminar o objeto.Os dois monitores do ao prottipo, de uma forma considervelmente barata, uma visualizao das imagens geradas atravs de alta freqncia com alta resoluo grfica e estereofnica para at quatro usurios. As imagens renderizadas so refletidas chapa de vidro cobertas com uma pelcula semireflexiva, montada como uma pirmide topo segundo as indicaes da imagem.(Fig.3.6)

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Um projetor do DLP usado para iluminar os ndices da amostra, que d o controle do pixel sobre a iluminao do objeto real e fornece a base para alguns efeitos de luz especial. Por causa da natureza da exposio da amostra, as tecnicas de gerao de imagens especiais foram desenvolvidas para criar a impresso de transio do mundo real ao virtual e reciprocamente. a imagem virtual foram renderizada de maneira que, aps espelhado, parea para estar alinhado com o objeto real da amostra. Os objetos reais dentro da amostra foram iluminados por um projetores, permitindo efeitos realistas. Compor objetos virtuais pelos objetos reais na mostra exige uma respresentao do objeto virtual como um objeto do oclusor na placa grfica. Ainda mais interessante compor os objetos reais dentro da amostra pelo objeto virtual. Se o objeto real iluminado uniformente atravs de sua superfcie, por causa do os espelhos meio prata, reflete esta luz na superfcie sempre com brilho e conseqentemente todos os objetos virtuais apareceram semi-transparentes(Fig.3.7). Um projetor ilumina o objeto real(Fig. 3.8), assim possivel calcular os pixis na superfcie do objeto real que so fechados pelo objeto virtual. Conseqentemente, os objetos virtuais aparecem slidos e claramente na frente dos objetos reais(Fig.3.9). O algoritmo para sombras calculadas da ocluso em OpenGL publicado por Oliver Bimber.

Figura n 3.7-: O objeto virtual renderizado na frente de um objeto real uniformemente iluminado

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Figura n 3.8-: O objeto real iluminado por um projetor, usando as sombras da ocluso

Figura n 3.9-: Objeto virtual na frente do objeto real parcial-iluminado, parecendo ser contnuo e opaco . (Fotos: Oliver Bimber). Outras aplicaes com outros objetos apresentados nas figuras abaixo[36]:

Figura n 3.10- Modelo arquitectnico dentro da mostra, coberta com um hipottico construo (virtual) do telhado.

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Figura n 3.11-: O jogador de xadrez turco dentro da mostra virtual. Uma instalao similar ser mostrado no museu tcnico Viena.

Figura n 3.12- A ideia detalhada da xadrez-aplicao, mostrando a xadrez virtual figura em um tabuleiro de xadrez real.

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CAPTULO IV - CONCEPO DO PROJETO

IV. 1 - Introduo

O gerenciamento de uma concepo da metodologia, conceitualmente, tem por objetivo estruturar, coordenar e acompanhar aes que garantam uma orientao dos conceitos, de forma a definir a melhor perspectiva de desenvolvimento, desempenho e de qualidade.

A criao deste equipamento visa a gerao de hologramas utilizando recursos baseados na realidade virtual e na holografia de reflexo de imagem real [38] que possibilite a visualizao de hologramas com baixo custo e boa eficincia.

O primeiro passo foi uma definio ideolgica para que os objetivos fossem alcanados.

Aps verificaes do Estado da Arte em holografia e realidade virtual, foram verificadas inmeras possibilidades a serem alcanadas. A idia primordial surgiu a partir do prottipo The Virtual Showcase[32] que gera hologramas utilizando a tecnologia da realidade aumentada ampliando a percepo do 3D fazendo com que o objeto apresentado possa ser visualizado e estudado em todos os seus detalhes. O projeto foi baseado no trabalho de Oliver Bimber (Fraunhofer Institute for Computer Graphics, Germany), Bernd Frhlich (Bauhaus University Weimar, Germany), Dieter Schmalstieg (Vienna University of Technology, Austria), L. Miguel Encarnao (Fraunhofer Center for Research in Computer Graphics, USA).

A partir desta idia a proposta foi fazer um prottipo em que vrios usurios pudessem observar um objeto ao mesmo tempo. Os equipamentos utilizados deveriam ser o mais simples e baratos possveis. E com isso o prottipo abriu mo de acessrios mais sofisticados e utilizaria apenas uma CPU, teclado, mouse, quatro monitores e quatro espelhos meio-prata, sobre uma base de madeira.

Com fases de concepo, a criao de solues viveis envolve tambm uma atividade analtica, atravs da qual se d a definio e desenvolvimento de

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caractersticas para o prottipo. Para tanto, realizou-se uma reviso de literatura sobre a tecnologia de realidade virtual (RV) e holografia, apresentado em captulos anteriores, levantando os pontos importantes para a integrao e desenvolvimento do prottipo, observando as barreiras e tendncias envolvidas, buscando encontrar opes possveis de serem utilizadas na metodologia proposta na tese.

IV. 2 - Metodologia

A metodologia desenvolvida foi seguir uma srie de eventos previamente traados para montagem do prottipo. As etapas de desenvolvimento sero apresentadas a seguir: Pesquisa e apresentao de programas (softwares) necessrios Desenvolvimento dos programas Projeto, detalhamento e definio do mobilirio. Montagem Validao

IV. 2.1 Pesquisa e apresentao de programas (software) necessrios

A metodologia desenvolvida foi seguir uma srie de eventos previamente traados para montagem do prottipo.

Neste projeto, a estratgia ser a utilizao da realidade virtual (RV) no desenvolvimento de um prottipo para a visualizao de um objeto integrando vrias tecnologias de equipamentos e suas funcionalidades.

Na fase de concepo, a busca de solues viveis envolve uma atividade analtica, que se d atravs da definio e desenvolvimento de caractersticas para o prottipo, abrangendo a noo do complexo funcional. Para tanto, realizou-se uma reviso de literatura sobre a tecnologia de realidade virtual (RV), conforme apresentado no capitulo II, levantando os pontos positivos e negativos para a integrao e desenvolvimento do projeto, observando as barreiras e tendncias envolvidas, buscando encontrar opes passveis de serem utilizadas na metodologia proposta da dissertao.

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A concepo inicial que foi baseada, conforme j citado, no trabalho The Virtual Showcase [32], anteriormente apresentado no capitulo III, verificando a possibilidade de utilizao de quatro monitores. Mostrando em cada um, uma vista do objeto, para que posteriormente as imagens fossem fundidas em um objeto hologrfico.(Fig. 4.1)

Monitor 2Vista 2 Projeo 2 Projeo 1 Projeo 3

Imagem Hologrfica

Monitor 3Vista 3

Monitor 1Vista1

Projeo 4 Monitor 4Vista 4 Espelho

Figura n 4.1 - Esquema dos quatro monitores e imagem refletida e fundida

O programa escolhido para modelagem do objeto foi o 3D Studio Max [39] pelo seu nvel de preciso e detalhamento. O 3D StudioMax d condies de executar qualquer tipo de modelagem e animao 3D. ( Fig.4.2)

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Figura n 4.2 - Helicptero modelado no 3D STUDIO MAX

Caractersticas do programa :

Software profissional para modelagem, animao e renderizao de

objetos 3D, usado em produo de filmes de animao, vinhetas e comerciais para TV, maquetes eletrnicas e na criao de qualquer mundo virtual idealizado pela sua imaginao. utilizado por estdios de criao de jogos como Rockstar Games, Electronic Arts, Ubisoft, Blizzard Entertainment etc. Os jogos Tomb Rader II e Duke Nukem - A Time to Kill, por exemplo, foram esquematizados e criados no 3D Studio Max . Na criao de efeitos em filmes e TV, utilizado em estdios como The Orphanage, Blur Studio, Frantic Films e Digital Dimensions. Foi utilizado para criar grande parte dos efeitos especiais do filme Homens de Preto. Trabalha diretamente com plugins, e qualquer pessoa pode cri-los, em um mdulo interno, chamado Script, bastando apenas ter um pequeno de conhecimento em programao. Quase tudo feito atravs dos plugins, inclusive uma esfera. Autodesk 3ds Max 2008, oferece o que h de melhor na rea de grficos 3D.

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Informaes Adicionais:

A verso 32-bit do Autodesk 3ds Max 2008 pode ser instalada somente

em computadores rodando Microsoft Windows Vista ou Windows XP Professional (com Service Pack 2 ou mais recente);

Requer Microsoft Internet Explorer 6 ou mais recente, Director X 9,0 e

OpenGL (opcional);

Algumas funes do Autodesk 3ds Max 2008 somente estaro

disponveis com placas de vdeo com suporte a Shader Model 3.0 (Pixel Shader e Vertex Shader 3.0);

Hardware exigido para sistemas 32-bit:

MB de espao em disco (recomendvel 2 GB);

Placa de vdeo com suporte a OpenGL e Direct3D;

Mouse Processador Intel Pentium IV ou AMD Athlon XP, ou

mais poderosos;

512 MB de RAM (recomendvel 1 GB);

500 ou dispositivo similar compatvel com Windows (otimizado para

Microsoft IntelliMouse);

Drive DVD-ROM.

O outro software escolhido foi o Director MX 2004 [40] ( Fig 4.3) que um programa da Macromedia e uma poderosa ferramenta de autoria multimdia. Com ele possvel desenvolver aplicativos que no necessitam de plugins para rodar (standalone) e que funcionam em diferentes plataformas.

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Figura n 4.3- Director MX2004

O Director MX 2004 consegue desenvolver desde simples apresentao multimdia como projetos complexos. Pode ser uma ferramenta tanto de designers como programadores, pois o possui uma biblioteca de behaviors que possibilitam desenvolver projetos de pequeno e mdio porte sem digitar uma s linha de cdigo.

Aplicaes do Director MX 2004:

Softwares educacionais;

Apresentaes comerciais;

Apresentaes artsticas;

Apresentao com suporte acessibilidade;

Jogos

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Tipos de mdias: AVI ;

Vdeo: RealVideo, DVD-Video, Windows Media, Apple QuickTime,

Sons: RealAudio, MP3, AIF, WAV e SWA;

Grficos: JPG, GIF, PNG, PSD, BMP etc;

Macromedia Flash ;

Textos e fontes;

Objetos 3D;

XML;

Xtras

O Xtras pode aumentar as funcionalidades do Director MX 2004. Alguns permitem fazer impresso, controlar arquivos de alguns programas, usarem banco de dados, controlarem dispositivos de entrada como joysticks.

Distribuio:

CD-Rom;

DVD-Rom;

Quiosques;

Formatos diferenciados de CD-Rom;

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Internet.

Interao:

Flash;

Fireworks ;

FlashComunicator Server e ColdFusion MX 6.1.

O Director MX 2004 interage muito bem com os arquivos do Flash, o que supre uma deficincia do Director MX 2004 que a criao e manipulao de vetores. Alm disso, possvel tambm controlar o Director MX2004 atravs de arquivos Flash e controlar arquivos do Flash atravs do Director MX 2004, o que abre uma infinidade de possibilidades.

Algumas possibilidades do Director MX 2004:

Publicao para as plataformas PC e MAC (Cross-plataform);

Uso da linguagem Java Script;

Reestruturao da Lingo (sintaxe de ponto);

Melhoria na integrao com a famlia MX 2004;

Possibilidade de nomear canais e Sprites;

Uso de componente Flash;

Personalizar o formato de projetores atravs de mscaras;

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Nomear projetores;

Alterar o cone da barra do projetor

Uma das grandes novidades do Director MX 2004 foi a incluso da linguagem JavaScript. Agora possvel programar em Lingo (linguagem nativa do Director) e JavaScript. Outra novidade muito importante a possibilidade de publicar projetores para PC e MAC (Cross-plataform). Antes era necessrio publicar o projetor para PC no PC e MAC no MAC, sendo necessrio ter as duas verses para esse fim.

IV. 2.2 DESENVOLVIMENTO DOS ARQUIVOS DE PROGRAMA

Aps as definies do software, comea a etapa de desenvolvimento dos arquivos de programa.

IV. 2.2.1 3D Studio Max:

1 passo: Criou-se o modelo no 3D Studio Max com dois pontos de iluminao. O modelo escolhido est nas coordenadas 0,0,0 e sem movimento. O modelo tem as dimenses de 60x60x60 cm. O fundo (background) escolhido foi o preto para aumentar a nitidez e a sensao de profundidade.(Fig.4.4).

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Figura n 4.4 Objeto modelado no 3D Studio Max

2 passo: Modelagem do objeto concludo, o prximo passo foi posicionar as quatro cmeras para montar os quatro pontos de observao do objeto. Ela foram criadas nas coordenadas (Fig.4.5):

Camera 1 H=0.30 / X= 0 / Y=1.60 Camera 2 H=0.30 / X= 1.60 / Y=0 Camera 3 H=0.30 / X= 0 / Y= - 1.60 Camera 4 H=0.30 / X= - 1.60 / Y=0

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Cada camera foi definido um FOV de 90.

Cmera 2Vista 2

OBJETO 3D COORD 0,0

Cmera 1Vista 1

Cmera 3Vista 3

Cmera 4Visa 4

Figura n 4.5 - Posies das cmeras em funo do objeto criado

3 passo: Exportar o objeto do 3D Studio Max para o Director MX 2004. Aps criao do objeto o mesmo foi exportado para um arquivo Shockwave 3D. Esse arquivo serviu de base para o programa Director MX 2004.

IV. 2.2.2 Director MX 2004

1 passo: Ao abrir a janela Cast do Director MX 2004 , importamos o arquivo criado no 3D Studio Max que foi exportado em Shockwave 3D. Aps a exportao o primeiro member (membro) foi criado. Chamamos esse member ,1 Quatro Vistas (Fig.4.6).

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Figura n 4.6 Member 1 Quatro Vistas

2 passo: Abrimos a janela do Stage e configuramos para uma resoluo de 4 imagens de 800 pixels de compriento x 600 pixels de altura, ou seja, 3200x600 pixels. Na janela Property Inspector / Movie / Stage Size ajustamos para a resoluo 3200 pixels (Fig.4.7).

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Figura n 4.7 Stage com 3200x600

3 passo: Na janela referente ao Score repetisse quatro vezes o objeto criando 4 members . Na janela do Stage configuramos cada member para uma coordenada em que fiquem lado a lado. Alterando-se os parametros X,Y,W,H:

Member 1 X=400, Y=300, W=800, H= 600 Member 2 X=1200, Y=300, W=800, H= 600 Member 3 X=2000, Y=300, W=800, H= 600 Member 4 X=2800, Y=300, W=800, H= 600

Cada imagem ser associada a uma camera, posteriormente.(Fig.4.8)

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Figura n 4.8 Sprites dos 4 members

4 passo: (comportamentos).

Com a janela do Score selecionado criamos os behaviors

Behavior 1 Iniciar (Fig.4.9): esse comportamento responsvel por associar cada camera a cada member.O script para esse behavior foi:

on exitFrame me sprite(1).camera = member(1).camera[2] sprite(2).camera = member(1).camera[3] sprite(3).camera = member(1).camera[4] sprite(4).camera = member(1).camera[5] end

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Figura n 4.9 Behavior 1 Iniciar

Behavior 2 Mover (Fig.4.10) : esse comportamento responsvel por rotacionar cada member e criar uma interao . Foi selecionado member a

member e o script para esse behavior foi colocado conforme descrito:

Behavior mover - Member 1

on exitFrame me if keypressed(123) then member(1).model[quatro vistas].transform.rotation.z = member(1). [quatro vistas]. transform.rotation.z+2 end if go to the frame end

Behavior mover - Member 2

on exitFrame me

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if keypressed (124) then member(2).model[quatro vistas].transform.rotation.z = member(2). [quatro vistas]. transform.rotation.z-2 end if go to the frame end

Behavior mover - Member 3

on exitFrame me if keypressed (125) then member(3).model[quatro vistas].transform.rotation.z = member(3). [quatro vistas]. transform.rotation.z+2 end if go to the frame end

Behavior mover - Member 4

on exitFrame me if keypressed (126) then member(4).model[quatro vistas].transform.rotation.z = member(4). [quatro vistas]. transform.rotation.z-2 end if go to the frame end

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Figura n 4.10 Behavior 2 - Mover

Behavior 3 Fim (Fig.4.11) : esse comportamento responsvel pela volta ao inicio toda vez que o comportamento chegar ao fim da linha de tempo. Foi selecionado member a member e o script para esse behavior foi colocado conforme descrito:

Behavior 3 fim - Member 1,2,3,4

on stopMovie member(1).resetWorld() end

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Figura n 4.11 Behavior 3 - Fim

5 passo : Acessamos Property Inspector/display template/titlebar option desabilitamos as opes: maximize box, minimize box, close box, visible e habilitar a opo center.

6 passo : Acessamos file/publish settings/ formats, desabilitamos a opo: prewiew after publish . No path ( caminho) file/ publish settings/project, habilitar a opo full screen para criar o executvel.

Aps todos os passos anteriores o programa capaz de mostrar todas as vistas e rotacionar o objeto criado no 3D Studio Max (Fig.4.12 e Fig.4.13).

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Figura n 4.12 - Stage com vista 1 e vista 2

Figura n 4.13 - Stage com vista 3 e vista 4

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IV. 2.3 Projeto, detalhamento e definio do mobilirio.

IV. 2.3.1 Definies dos micros computadores:

A partir das necessidades dos programas que foram utilizados e os objetivos desejados conseguimos definir o equipamento necessrio para o prottipo. Os equipamentos utilizados foram:

Quatro monitores da marca Samsung 14 Uma CPU com quatro saidas de vdeo Processador Intel EM64T, AMD Athlon 64 AMD Opteron; 1 GB de RAM 2 GB de espao em disco; 2 Placas de vdeo com suporte para OpenGL e Direct MX 2004 e 3D Studio Max com 4 sadas uma para cada monitor;

Mouse compatvel Windows (otimizado para Microsoft Intelli Mouse); Teclado compatvel com Windows; Drive DVD-ROM. Um estabilizador, nobreak.

IV. 2.3.2 Espelhos:

Os espelhos so objetos de referncia pois possuem diversos efeitos importantes sobre a criao de imagens hologrficas. Os vrios componentes de reconstruo se separam, de modo que apenas a imagem virtual desejada apresentada aos olhos. O sistema ptico constitudo por uma superfcie refletora pode ser plano ou curvo.

Os espelhos planos so superfcies planas e polidas que refletem totalmente ou parcialmente a luz incidente. No existe um refletor perfeito pois os materiais reais sempre absorvem ou transmitem parte