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Desenvolvimentos para Aplicação em Herança Cultural

Escola Superior de Tecnologia e GestãoInstituto Politécnico de Leiria

2 de Junho de 2005

R EALIDADE AUMENTADA

3Author NamePresentation TitleEvent author@ccg.pt

Luís Almeida REALIDADE AUMENTADADesenvolvimentos para Aplicaçãoem Herança Cultural Luis.Almeida@coimbra.ccg.pt

CCG – Centro de Computação Gráfica

• Centro de Computação Gráfica (CCG), Criado em 1993, com re-fundado em2000

• É ...• Uma associaçãoprivada sem

fins lucrativos• constituidapor um conjuntode

instituições e empresasassociadas (ZGDV, Universidade do Minho)

• I&DT em computaçãográficae suas aplicações

• Sede em Guimarães e dep. emCoimbra

• Membro da INI-GraphicsNet

Lisboa

GuimarãesBraga

Coimbra

ação

Realidade Aumentada

• Poss ível definição• Realidade Aumentadaé uma tecnologiaatravés da qual se

pretende melhorar ou aumentar a visão que um utilizadortem do mundo real com imagens virtuais, usando técnicasde Visão por Computador, de Computação Gráfica e de Realidade Virtual.

• Portanto é a combinação de dois mundos, o REAL e outro composto por informação CRIADA pelo computador, com os quais o utilizador pode interagir em TEMPO REAL

• O principal objectivo é o de criar um sistema em que não épossível a distinção entre o mundo real e o virtualmente gerado.

Realidade Aumentada

• Alguns Exemplos

Realidade Aumentada Vs Realidade Virtual

• Realidade Virtual:• A imersão no mundo virtual é total• O utilizador não consegue ter acesso (visualizar ou

perceber) ao mundo real.

• Realidade Aumentada:• A imersão no mundo real é total.• O utilizador tem total percepção do mundo real onde se

insere, embora acrescentado de objectos e informação digitalmente criada e nele embutida.

Realidade Aumentada – Diferentes Aproximações

• Baseadas em Ecrãs

Real world

Augmented (stereo) Video

Monitor

Virtual Objects

Position Tracking system(camera position)

Virtual Camera

Graphical system

Camera Positionand orientation

Real Image

Virtual Image

Video Mixing System

Video Image

User View

Head Mounted AR Display

• Video see Through

Real world

Video Mixing System

Video Image

Virtual ObjectsGraphical system

Head position

Augmented Video Image

Micro Monitors

User View

Head Mounted AR Display

• Optical see Through

Real world

Micro projectors

See through Lenses

Virtual ObjectsGraphical system

Head position

Realidade Aumentada – Optical Vs Video See Through

• Optical see Through• Prós

• Percepção do mundo real em tempo real directamente pelo olho humano• Não é o resultado de uma mistura video.

• Contra• Maior dificuldade em controlar desfasamentos de imagem porque apenas

as imagens virtuais são processadas digitalmente.

• Conclusão• Apesar de parecer mais simples, acaba por ter limitações de utilização• Tem vindo a ser preterido em relação ao Video See Through.

Realidade Aumentada – Optical Vs Video See Through

• Video see Through• Prós

• Possibilidade de controlo sobre o desfasamento de imagens e latência porque são tratados digitalmente tanto o video do mundo real como as imagens virtuais.

• Contra• As imagens do mundo real que o utilizador observa são percepcionadas

com algum atraso devido ao processamento de que são alvo.

• Conclusão• Apesar de parecer mais complexo, acaba por ser mais controlável• Tem vindo a ser adoptado em relação ao Optical See Through.

O ARCHEOGUIDE Augmented Reality Cultural Heritage on-site Guide

(Santuário de Olimpia na Grécia)

O ARCHEOGUIDE – Objectivos Gerais

• Desenvolver um Guia de Visita Electrónico, utilizável em locais de herança cultural, que permita fornecer aos visitantes informação personalizada, de acordo com as suas preferências, ao longo de percursos pré-definidos.

ÎSOLUÇÃO DE COMPUTAÇÃO MÓVEL

• Apresentar reconstruções virtuais de monumentos, objectos ou eventos, recorrendo a Técnicas de Multimédia, Realidade Aumentada e Computação móvel.

• Desenvolver bases de dados de informação científica • de locais arqueológicos• para a arqueólogos e cientistas, • acesso através de Internet/Extranet• Publicada em diferentes suportes multimédia (CDROM, KIOSK)

• Contribuir para o Estado da Arte Tecnológico nas referidas áreas

O ARCHEOGUIDE – Financiamento e Consórcio

• Financiado no âmbito do programa IST da Comissão Europeia:• IS T – 1999-11306• 01/2000 – 06/2002

• Consórcio:• Intracom S.A. (Greece) – Líder do Projecto• Fraunhofer IGD (Germany)• ZGDV (Germany)• Centro de Computação Gráfica (Portugal)• A&C2000 (Italy)• Post Reality (Greece)• Ministério da Cultura da Grécia (Greece)

O ARCHEOGUIDE – Conceito Geral

• O Visitante Selecciona o seu perfil

• O visitante entra num local arqueológico;

• O responsável local entrega-lhe o equipamento:

• Computador portátil• Óculos Especiais, headphones e camera

• Informação Multimédia Histórico -Cultural é apresentada interactivamente:

• Representações virtuais 3D de templos

• Práticas e Eventos• Peças arqueológicas• Descrições Textuais.• ...

ARCHEOGUIDE – Análise de Requisitos de Utilizador

• Métodos utilizados para especificação de requisitos• Reuniões com especialistas em Arqueologia e História• Questionários respondidos por visitantes de alguns locais

arqueológicos (End-Users) • E studo de casos de utilização noutras áreas• Estudo de potenciais casos de utilização na arqueologia • Enumeração de requisitos• Iteração do processo

ARCHEOGUIDE - Sumário de Requisitos para o Sistema

• Fornecer sequências de visita personalizadas de acordo com o perfil do utilizador, permitindo interacção.

• Proporcionar uma base de dados multimédia, com informação acerca do local considerado, de fácil utilização e seguindo os standards (CIDOC).

• Minimizar as alterações/perturbações na área, causadas pela instalação da rede de comunicação e possíveis marcas para identificação de posição.

• Minimizar o desconforto do utilizador, causado pelo peso do equipamento ou tempo de resposta do software.

ARCHEOGUIDE – Arquitectura Geral do Sistema

O ARCHEOGUIDE - Servidor

• Servidor• Constituído por um Computador multiprocessador • Elevada capacidade de armazenamento de dados• Base de Dados Relacional

• Uso de Standards recomendados pela Comissão Europeia para informação de património cultural: CIDOC (http://www.cidoc.icom.org/)

• Interface para operação da Base de Dados• Ferramentas de Autor instaladas:

• Multimédia• Sistema de Informação Geográfica• Apoio ao GPS (global positioning system)

• Gestão de perfis de utilizador

O ARCHEOGUIDE – A Infraestrutura de Comunicação

• Infraestrutura de Comunicação• Rede sem fios de 11Mbits

(IEEE 802.11)

• T ransmissão de informação Multimédia, dados de posição GPS, ...

• Não Invasiva do Local • Cobertura total da área de

visita• Receptores/emissores nos

dispositivos portáteis

O ARCHEOGUIDE – Os Dispositivos Portáteis

• Dispositivos Portáteis• São de 3 Tipos, correspondendo a 3 plataformas

de HW diferentes:• PC-Laptop• Tablet PC• PocketPC iPAQ

• Todos permitem apresentação de informação Multimédia contextualizada:

• Vídeo• Fotos• Áudio• Texto

• PC-Laptop – A versão mais complexa• Computador portátil de alta performance• Óculos sony glasstron ou binocular• Antena Emissor/Receptor para

comunicação com o servidor• Gamepadpara controlo do menu do

sistema• Detecção de posição:

• Camera de vídeo (webcam) –ORIENTAÇÃO

• GPS + DGPS (correcção) – POSIÇÃO

• Apresentação de Imagens virtuais sobre a imagem real, para além de infomultimédia típica.

Imagem AumentadaUtilizador

O ARCHEOGUIDE – Disp. Portáteis Exemplos de Utilização

• PC Laptop

• Tablet PC• Computador portátil da Siemens/Fujitsu• Operado por toque no ecrã• Antena Emissor/Receptor para

comunicação com o servidor• Detecção e adaptação automática de

posição:• Compasso Digital – ORIENTAÇÃO• GPS + DGPS (correcção) – POSIÇÃO

• Apresentação de ambiente virtual 3D da área com modelos 3D dos edifícios

• Apresentação de imagens panorâmicas reais complementadas com imagens virtuais

Imagem no EcrãUtilizador

O ARCHEOGUIDE –Disp. Portáteis Exemplos de Utilização

• Tablet PC

• PocketPC iPAQ• Computador portátil da COMPAQ• Operado por toque no ecrã• Barato, leve, compacto e de fácil

transporte• Detecção de posição:

• GPS – POSIÇÃO

• Apresentação de imagens virtuais 3D dos edifícios

• Apresentação vídeos obtidos de animações baseadas em modelos 3D

• Apresentação de um mapa da área:• Orientação• Indicação dos hotspots

Imagem no EcrãUtilizador

ARCHEOGUIDE – Disp. Portáteis Exemplos de Utilização

• PocketPC iPAQ

O ARCHEOGUIDE – Alguns Exemplos de Conteúdos

• Actividade Desportiva – Corrida de um Estádio

• Actividade Desportiva – Salto em Comprimento

• Actividade Desportiva – Lançamento do Dardo

• Actividade Desportiva – Lançamento do Disco

O ARCHEOGUIDE – Algumas Conclusões

• Protótipos testados por utilizadores com diferentes perfis em Olímpia

• Foram utilizados questionários para registo de reacções• Opinião geral

• Um óptimo sistema para apoio ao visitante• Muito útil ferramenta de ensino• Visitas mais enriquecedoras• Motivação adicional para visitar os locais.

• PC LAPTOP

5 Excelente reacção às Imagens aumentadas sobre a realidade

4 Peso excessivo, custos de manutenção elevados, desconfortável

TAB L E T PC

5 Imagens panorâmicas + Imagens virtuais, peso reduzido, ambiente virtual 3D,...

4 Qualidade de imagem em determinadas condições

PocketPC iPAQ

5 A mais bem classificada, Imagens panorâmicas + Imagens virtuais, compacto, leve, fácil transporte

4 Qualidade de imagem(alguns modelos)

• O Hardware existente não permite ainda verdadeiros sistemas de Realidade Aumentada, portáteis e utilizáveis por qualquer pessoa em quaisquer condições.

• O ARCHEOGUIDE é um caso de sucesso:• No desenvolvimento de novas técnicas, algoritmos e soluções

de Realidade Aumentada• No desenvolvimento de novos conceitos de registo e

apresentação de informação de herança cultural.

• A Versão Pocket PC é aquela que é imediatamente utilizável, para aplicações de herança cultural outdoor ou indoor

• Premiado com o galardão mais importante para sistemas de AR/VR:• LAVALVirtual 2002, com os prémios “Science et éducation" e

"Grand Prix du Jury 2002".

ação

VirtualShowcases

• Projecto Europeu (2001-2004)• www.virtualshowcases.com

• Principais Objectivos:• Desenvolvimento de um novo

sistemade visualizaçãode realidadeaumentadaparautilização em museus.

• Permitir novas experiências aosvisitantes de museus e galerias

• Apresentação de objectos reaiscomplementados com partesreconstruídas virtualmente.

VirtualShowcases

• Conceito• Tomar o paradigma das

ShowCase usadas em museus

• Projecção numa superficieespelhadae semi-transparente.

• Uma superfície com estascaracterísticas permite a visualização, em simultâneo, de objectos reais e objectos virtuaisgerados por computador.

ação

VirtualShowcases

• Protótipos• Sala Aumentada

• CCG.

• S imulaçãoda reacção Fotossintética• Bauhaus University, Weimar, Germany.

• Turkish Chess Player• Vienna University of Technology, Institute

of Computer Graphics and Algorithms.

VirtualShowcases - CCG

• O protótipo Português –A Sala Aumentada:• Baseado em projecção a partir de

monitores.

• Sistema para vários utilizadores (8 utilizadores).

• 4 utilizadores podem interactuar com o sistema.

• Dentro da estrutura os utilizadores podem ver os artefactos reais.

• Cenário para a Sala Aumentada:• Uma simulação 3D de uma

cerimónia funebre de 200 BC.

• Um “jogo aumentado”que usa osprincipios de Realidade Aumentada.

ação

Dep. Coimbra

Centro de Computação GráficaCentro de Empresas de TaveiroEstrada de Condeixa3040-912 Coimbra

Tel. +351 239 980 040Fax +351 239 980 048

Email: info@ccg.ptLuis.Almeida@coimbra.ccg.pt

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