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Realidade Virtual
Judith Kelner e vários autores
Grupo de Pesquisa em Realidade Virtual e Multimídia
Universidade Federal de Pernambuco, Centro de Informática
Recife, Maio de 2011
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Roteiro
História
Visão Geral
RA x RV
Sistemas de RV
Conceitos matemáticos
Aplicações
Conclusão
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Origem do Nome
1973 – Myron Krueger
“Realidade Artificial”
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Origem do Nome
1984 – William Gibson
“Espaço Cibernético”
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Origem do Nome
Início dos anos 80 - Jaron Lanier
“Realidade Virtual”
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História
1950 1962 1970 1982 1987
Engelbart Ivan Sutherland“capacete digital”
Thomas Zimmerman e Jaron Lanier"Data Glove”
Ivan Sutherland“Sketchpad”
Thomas Furness“SuperCockpit”
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Visão Geral
Realidade virtual (ou RV) é o uso de tecnologia para gerar por computador um ambiente completo, que permita imersão e interação pelo usuário em tempo real.
“Um ambiente artificial criado em
computador e apresentado ao
utilizador de tal modo
que pareça um ambiente
real.”
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Visão Geral
Imersão
ImaginaçãoInteração
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Espaço-Tempo 4D
Imagens Computadorizadas 3D
+Tempo
Animações em Tempo Real
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Dispositivos
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Tipos de RV (de acordo com a referência [1])
Podemos classificar por:
Tipo do Ambiente
Ambiente Real
Ambiente Virtual
Ambiente Misto
Tipo da Interação
Sistemas não-imersivos
Sistema semi-imersivos
Sistema imersivos
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Tipos de RV
ImersivosU A
Semi-ImersivosUA
Não ImersivosU|A
Real
A chamada telepresença.Ex: Recuperação deartefatos arqueológicossubmarinos a alta profundidade com robôsTelecomandado.
Reproduções navegáveis de ambientes reais de difícil ouimpossível acesso.Ex: Treino de pilotagem de um veículo.
Reproduções tridimensionais de ambientes reais de difícil ou impossível acesso.Ex: TAC (Tomografia AxialComputadorizada).
Misto
A chamadaRealidadeAumentada.Ex: Operaçãomédica robotizada.
Modelos navegáveis deambientes reais alterados.Ex:Tour virtualpelo sistema solar.
Teste virtual de elementos a serintroduzidos num ambiente real.Ex: Visualização 3D do projeto de um edifício.
Virtual
Realidade Virtual no sentido mais puro da palavra.Ex: Espaço Cibernético(Cyberspace)
Reproduções navegáveis deambientes imaginários ouinacessíveis.Ex: Passeio virtual na Terra Média do Senhor dos Anéis
ReproduçõestridimensionaisDe ambientes imaginários ou inacessíveis.Ex: Aspecto da Terra Pré-Histórica.
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RA vs RV
Ambiente Real
VirtualidadeAumentada
RealidadeAumentada
AmbienteVirtual
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Realidade Aumentada
Realidade Aumentada é a inserção de objetos virtuais no ambiente físico, mostradaao usuário, em tempo real, com o apoio de algum dispositivo tecnológico
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Realidade Virtual
Realidade Virtual é uma interface avançadapara aplicações computacionais, onde o usuário pode navegar e interagir, em tempo real, em um ambiente tridimensional geradopor computador
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Realidade Virtual
Vantagens
Ambiente Real perigoso e custoso
Simulação de diversas situações e ambientes
Repetição e treinamento
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Realidade Virtual
Vantagens
A probabilidade de um piloto regressar de uma missão subia para 95% após a quinta missão bem sucedida
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Realidade Virtual
Desvantagens
Doença Cibernética
Custos do Sistema
Complexidade de desenvolvimento
Equipamento incômodo
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Realidade Virtual
Dispositivos de Entrada
Objetivo: gerar a sensação de imersão do usuário em um ambiente virtual.
O usuário pode modificar e interagir com o mundo virtual.
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Realidade Virtual
Dispositivos de Entrada
VirtuSphere
DataGlove
Mouse
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Realidade Virtual
Dispositivos de SaídaPara o usuário ficar totalmente imerso no mundo
virtual
Geralmente são estimulados a audição e a visão.
Tato está começando a ser explorado.
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Realidade Virtual
Dispositivos Hápticos
Objetivo: Fornecer ao usuário uma realimentação física.
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Realismo
Classificação:
Parte dinâmica:
está relacionada ao movimento da cena e seus personagens.
Parte estática:
Renderização
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Realismo
Parte dinâmica
http://aulolicinio.blogspot.com/
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Realismo
Parte Estática
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Realismo
Dificuldade: “complexidade do mundo real”.
Texturas
Iluminação
Sombras
Renderização
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Textura
É um método de alteração da propriedade da
superfície do material.
Dar aparência de detalhes à superfície
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Textura
Por quê utilizar texturas?
Representar cada aspecto da superfície de
um objeto pode se tornar muito dispendioso.
O mapeamento de texturas melhora o detalhe
da superfície sem usar um grande número de
vértices.
As texturas, juntamente com a luz, auxiliam
até mesmo na percepção do movimento.
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Mapeamento de textura
Projetar uma imagem 2D sobre uma
superfície 3D.
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Sombra
Aumento do realismo de cenas
Posicionamento relativo dos objetos
Efeito global que é caro de ser calculado
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Sombra
Hard Soft
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Sombras Aproximadas
Acrescenta um polígono na cena
Baixo grau de realismo
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Shadow Textures
Ponto de Vista da Luz Textura Textura aplicada no polígono do chão
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Soft Shadow
Escolher um algoritmo para hard shadow
Selecionar vários pontos na fonte de luz distribuída
Renderizar somando as contribuições
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Renderização
Converter dados em uma imagem realística
Rasterização
Ray Tracer
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Rasterização
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OpenGL
Biblioteca de rotinas gráficas para modelagem 2D ou3D
Portável
Rápida
Excelente qualidade visual
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OpenGL
Transformações Matriciais
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Direct3D
Parte da API DirectX
Disponibilizado apenas para as versões do sistema operacional Windows
Base para a API de gráficos tridimensionais dos consoles de videogame Xbox e Xbox 360
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Ray Tracing
Algoritmo de computação gráfica usado para renderização de imagens tridimensionais.
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Ray Tracing
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Path Tracing
Extensão do Ray Tracing
Reflexão difusa gera número infinito de raios
Seleciona um raio aleatoriamente
Muitos raios primários por pixel
Apenas um raio
secundário por recursão
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Path Tracing
100 paths/pixel 200 paths/pixel
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Ray Tracing X Rasterização
Ray TracingCustoso
Realista
Não precisa de Z-Buffer
Environment Map é eficiente e trivial
O(log N)
RasterizaçãoO(N)
Rápido!
Suporte pelas placas de vídeo
10 milhões de polígonos, Ray Tracing é mais rápido
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Placas de Vídeo
Aceleradora gráfica
nVidia
CUDA
ATI
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CUDA
Processamento massivamente paralelo
O processador de uma CPU foi feito para “Raciocinar”Realiza branch (if/else)(break) facilmente
Tem um sistema de cache extremamente eficiente
O processador de uma GPU foi feito para “Calcular”Consegue realizar MUITAS somas/multiplicações
Não têm um sistema de cache tão evoluído como o de uma CPU
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CUDA
DeviceHost
Kernel 1
Kernel 2
Block (0,0)
Block (0,1)
Block (1,0)
Block (1,1)
Block (2,0)
Block (2,1)
Grid 1
Block (0,0)
Block (0,1)
Block (1,0)
Block (1,1)
Block (2,0)
Block (2,1)
Grid 2
Block (0,0)
Thread(0,0)
Thread(0,1)
Thread(0,2)
Thread(1,0)
Thread(1,1)
Thread(1,2)
Thread(2,0)
Thread(2,1)
Thread(2,2)
Thread(3,0)
Thread(3,1)
Thread(3,2)
Thread(4,0)
Thread(4,1)
Thread(4,2)
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CUDA
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CUDA
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Aplicações
Jogos
Filmes
Educação
Treinamento em Medicina
Aplicações Militares
Simuladores
Arquitetura e urbanismo
Tratamento de fobias
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Jogos
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Jogos
SaleroKung-Fu
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Filmes
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Educação
Incentiva a curiosidade e/ou interesse dos alunos (motivação)
Geração de exemplos de forma mais prática, objetiva e visual;
Tornar envolvente a recapitulação dos conceitos vistos em aula
Oportunidade para experiências;
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Educação
Cada pessoa, prefere aprender de uma maneira diferente: algumas são visuais, outras são verbais, algumas preferem explorar, outras deduzir.
Para pessoas que preferem aprender pela exploração ao invés da dedução, a Realidade Virtual pode permitir a análise detalhada muitas vezes impossível por outros meios.
Aqueles que aprendem de forma ativa:criar ambientes altamente interativos, permitindo a manipulação
direta com um ambiente que responda às ações do usuário. Para quem gosta de ter uma visão geral:colocar o usuário (aprendiz) como um super-observador do
processo e dando a ele uma visão geral do ambiente em estudo.
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Medicina
Treinar num corpo virtual;
Utilizar instrumentos virtuais;
Oferecer diferentes graus de dificuldade;
Tratamento de ferimentos de combate;
Aplicar uma injeção na
veia do paciente;
Treinamento de
cirurgias oculares.
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Aplicações Militares
Parceria entre exército e estúdios de games
Cenários virtuais realistas de imersão em situações de combate
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Aplicações Militares
Sistema sem fio
Mover Livremente
Ambiente Virtual
Head-Mounted Display (HMD)
Roupa especial
Rastreador de movimentos
Controlador da arma
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Simulador
Recriar os movimentos de uma aeronave durante o seu vôo
Ensino
Treinamento
Investigar as causas
de acidentes aéreos.
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Simulador
![Page 61: Realidade Virtual - cin.ufpe.brif687/frame/turmas/turma_2011_1/aula_30_05_2011.pdf · ambientes reais de difícil ou impossível acesso. Ex: Treino de pilotagem de um veículo](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022020415/5bfed84009d3f23f5d8c1290/html5/thumbnails/61.jpg)
Simuladores
![Page 62: Realidade Virtual - cin.ufpe.brif687/frame/turmas/turma_2011_1/aula_30_05_2011.pdf · ambientes reais de difícil ou impossível acesso. Ex: Treino de pilotagem de um veículo](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022020415/5bfed84009d3f23f5d8c1290/html5/thumbnails/62.jpg)
Arquitetura e Urbanismo
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Tratamento de Fobias
Claustrofobia – medo de lugares fechados
Acrofobia – medo de altura
Aerodromofobia – medo de viagens aéreas
Agirofobia - medo de ruas ou cruzamento de ruas
Burn Pain
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Referências
[1] http://www.scribd.com/doc/2430872/Realidade-Virtual [2]
http://www.on.br/revista_ed_anterior/julho_2004/conteudo/futuro/futuro.html [3] http://rvinov.blogspot.com/2009_02_01_archive.html [4] http://repositorioaberto.univ-
ab.pt/bitstream/10400.2/1378/1/Disserta%C3%A7%C3%A3o_Vasco%20Dias.pdf [5] http://www.eps.ufsc.br/teses99/casas/cap4a.html [6] http://www.slideshare.net/agbrjr/realidade-virtual-3390158 [7]
http://www.cin.ufpe.br/~if687/turma_2010_1/03_Fundamentos%20de%20Realidade%20Virtual.pdf
[8] http://usuarios.upf.br/~pasqualotti/ccc053/intr_rv/visaogeral.htm [9] http://www.realidadevirtualeaumentada.com.br/Realidade_aumentada [10] http://www.techzine.com.br/arquivo/realidade-virtual-que-trabalha-com-
todos-os-seus-sentidos/http://www.pgie.ufrgs.br/siterv/equipamentos.htm
![Page 65: Realidade Virtual - cin.ufpe.brif687/frame/turmas/turma_2011_1/aula_30_05_2011.pdf · ambientes reais de difícil ou impossível acesso. Ex: Treino de pilotagem de um veículo](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022020415/5bfed84009d3f23f5d8c1290/html5/thumbnails/65.jpg)
Realidade Virtual
Judith Kelner e vários autores
Grupo de Pesquisa em Realidade Virtual e Multimídia
Universidade Federal de Pernambuco, Centro de Informática
Recife, Maio de 201