vrinmotion: utilização de realidade aume ntada no sector … · 2014-04-03 · vrinmotion:...
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CCG – Centro de
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PalavrRealida
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06/2011
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valho@ccg.pt,ccg.pt, paulo.b
e Computação G
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MOTION preterketing eficaz,e forma a simão de uma det
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ords: Compunted Reality; U
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Utilizaçliário
avo Maçães,
gustavo.macbrito@ccg.pt
Gráfica, Campus
MOTION é umcipal a tecnolostentes (modem uma aproximposto por hae doméstico ende proporci, que permita mular e visuaterminada peç
Computação Gda; Usabilidad
NMOTION is ity technologyents, with or wof software ancontext. The raditional furn
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Isabel Varaj
aes@ccg.pt, is
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Gráfica; Ambiede.
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A
Realidad
ão, Nuno So
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Computaçãoossas vidas dis sintéticos ontram ao n
Recebido / RecibAceitação / Aceptac
de Aume
ousa, Paulo B
@ccg.pt,
0-058 - Portugal
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VRINMOTION: Utilização de Realidade Aumentada no sector mobiliário, 1-16
2 RISTI, N.º 7, 06/2011
efeito, a RA é uma escolha natural em termos de tecnologia para suportar a visualização do design de interiores, permitindo desenvolver produtos diferenciados e inovadores na área do mobiliário.
Neste contexto, dever-se-á considerar uma análise exaustiva à Interacção Humano-Computador (IHC), uma vez que esta procura implementar sistemas computacionais eficientes, produtivos, seguros, funcionais e agradáveis, bem como entender a interacção dos utilizadores com esses sistemas. A IHC apresenta, desta forma, grandes contributos que permitem a adaptação do design de tais sistemas que, neste contexto, integra a RA em dispositivos portáteis.
O VRINMOTION permite entrar num imóvel, simular e visualizar em RA, a aplicação de um conjunto de peças de mobiliário, experimentar as respectivas disposições, materiais, cores e acabamentos, de forma simples e rápida. É assim, um projecto que visa oferecer uma experiência imersiva aos utilizadores, permitindo uma pré-visualização de realidade mista da sua própria casa ou de outro espaço interior do seu interesse, inserindo móveis virtuais e diferentes tipos de elementos de decoração. Nesse cenário de utilização, o utilizador final, com o auxílio de óculos especiais (para a RA) e um dispositivo portátil capaz de algum processamento, será capaz de pré-visualizar a decoração da sua casa (enquanto caminha por ela), antes que esta seja mobilada efectivamente. Embora a RA já seja um campo de investigação com algum tempo de existência, estão em aberto muitas questões que devem ser devidamente atendidas para ser possível a criação de uma realidade mista convincente. Algumas destas questões são muito sensíveis no âmbito do projecto VRINMOTION.
Todo o trabalho apresentado insere-se no âmbito do projecto VRINMOTION, co-financiado pelo QREN – I&D em co-promoção, com o nº 13709. Este projecto tem como líder a Meticube - Sistemas de Informação, Comunicação e Multimédia Lda. e inclui como parceiros a SPI - Sociedade Portuguesa de Inovação S. A. e o CCG – Centro de Computação Gráfica.
A secção 2 sintetiza o estado-da-arte em termos de RA e SLAM (Simultaneous Localization and Mapping). Ambas as áreas compõem a base científica e técnica do projecto VRINMOTION. A secção 3 apresenta o modelo conceptual e sua descrição técnica. Finalmente, a secção 4 apresenta o resultado da implementação e conclusões alcançados até agora, enquanto a secção 5, o trabalho futuro a ser desenvolvido.
2. Base Científica
O VRINMOTION foi projectado e está a ser desenvolvido tendo em consideração duas principais áreas de visão por computador: 1) RA com marcas e 2) técnicas de SLAM. Estas duas áreas foram consideradas essenciais para alcançar o objectivo principal do VRINMOTION, que é oferecer uma experiência imersiva ao utilizador final, enquanto este visualiza a decoração de um espaço fechado, em tempo real. Esta secção resume o estado-da-arte em ambos os casos e, principalmente, os seus desafios futuros.
2.1. Realidade Aumentada
A RA (Bimber & Raskar, 2005; Lu & Smith, 2007) é uma tecnologia que tem vindo a ser aplicada com sucesso na visualização de produtos, a nível da sua comercialização,
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RISTI Revista Ibérica de
RISTI, N.º 7, 0
fabricação e usualmente ucaso, a visuaprojecto de dambiente des
PORTÁTIL E ULTR
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Sistemas e Tecnol
06/2011
design. A avuma pré-visalização devedesign se encstino.
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om Ma & Che dispositivostravés de umais elementode visualizaçã
atendidas, A figura 1 ilu
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(2007) a RAminado projeexto e inseristentes entrede RA, o ut
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logias de Informa
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A é um meioecto de desigido no munde os objectostilizador finaeber e comp final. Com casa ou outrotamento do ce uma “ferra
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dade de procesdades Gráficas
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e mercado computacional vho ividade
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CONTRAS
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Área de vreduzida Desenvolvimentproprietário
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3
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RINMOTION: Util
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xecutado constimado do encontra-se nuA desta form
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MacIntyre etrramentas d
008), ARTooTOMIC (Soillinghurst, 2ada vez maisPentenrieder,ayar (Rickett
.2. Técnicas
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lização de Realida
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ma.
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deo se move nçadas, design
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s de Localiz
Localização ndida (T Ba
a de robótica,mputador, sej
ade Aumentada no
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RToolkit, 200
utilizada pancipal neste vimento tridzando para i
à cena. O sistmento e tratrimeira é a cena e o cálcda câmara vno mundo re
nadas por SLA
s tem crescidesktop. Muiincluindo a , a StudierS a DWARF estão tamb
Wagner & Sch2008), Irr
Algumas solumbora o cusl & Meier, 2
zação e Ma
e Mapeameailey & Durr, sendo utilizjam capazes
o sector mobiliário
(2007) referede RA. A dmento e anra virtual. A stável, sendo
7) Figura 3
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virtual e o reseal. Esta últiAM, que serã
do de forma sitas platafor AMIRE (H
Stube (Wagn(Sandor &
bém disponhmalstieg, 2rAR, OSGAuções do tipsto ainda sej2007), Lince
apeamento
ento Simultârant-Whyte, zada para per de detectar
o, 1-16
em que a utildetecção dasnálise da im aproximação relativamen
3. RA sem mar
sualizações etenção de umde uma câm
u mais câmasicionamentosas imagens.do enquadração da câmarspectivo enqima abordagão discutidas
significativa ormas têm s
Haller, Staudner & SchmKlinker, 200
níveis: NyAR006), SLAR
ART (Looserpo chave na eja razoavelmeoVR, Total
Simultâne
âneos (SLAM 2006; Durrrmitir que os
r e reconhece
RISTI, N
lização de mas marcas exi
magem, alémão com marcnte simples a
rcas (Li Yang,
em RA é a m método pamara virtual aras de vídeoo é baseado n Neste proce
amento iniciara virtual; 2)
quadramentoem pode levs na secção 2
o interesse nsido desenvoer, & Zaune
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RToolkit (ARRToolkit (Schr, Grasset, mão també
mente elevad Immersion
eos
M) é uma arant-Whyte s robôs, comer objectos à
.º 7, 06/2011
arcas visuaisige que seja
m do cálculoas (figura 2)a geração de
2010)
sem marcasara estimar a
a partir daso calibradas,nas imagens
esso, há duasal em que o a segunda é
o conforme aar ao uso de
2.2.
na tecnologiaolvidas comer, 2004), a0), a DARTmo diversasRToolworks,hulte, 2010),
Seichter &m começam
do: METAIO ou ainda o
aproximaçãoT Bailey &,
m o auxílio daà sua frente.
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a m a T s , ,
& m O o
o , a .
RISTI Revista Ibérica de Sistemas e Tecnologias de Informação
RISTI, N.º 7, 06/2011 5
Como é necessário ainda um grande desenvolvimento e aperfeiçoamento nesta área, os algoritmos em SLAM continuam a ser alvo de intensa pesquisa e consequente aproveitamento na área de RA.
A maioria das aplicações em RA utiliza marcas predefinidas (Chekhlov, Gee, Calway & Mayol-Cuevas, 2007) ou modelos que simplifiquem os algoritmos necessários para o posicionamento e criação de visualizações aumentadas. Essas aplicações impõem restrições sobre as áreas de operação e a própria interactividade. Para um grande número de aplicações em RA, o objectivo é de pré-visualizar objectos físicos. Isto exige sistemas com uma elevada precisão, robustez e interactividade que, em conjunto, podem detectar posições e orientações de ponto de vista, sem nenhum conhecimento prévio. As técnicas de SLAM são técnicas que podem ajudar muito a colmatar esses desafios.
Embora os problemas fundamentais do SLAM estejam a ser intensamente pesquisados em termos de complexidade computacional, no que diz respeito à representação do mapa do espaço visual e à associação dos dados visualizados (T Bailey & Durrant-Whyte, 2006, T. Bailey, 2006) muitas questões ainda permanecem por responder. O desafio mais importante ainda é o desenvolvimento de algoritmos que consigam lidar com a visualização de espaços complexos, amplos e pouco estruturados (Andreasson, Duckett, & Lilienthal, 2007). As dificuldades incluem erros de linearização e detecção devido à pouca estruturação do espaço em si (muitos anteparos, não linearidade da luz, etc.).
Muhammad, Fofi e Ainouz (2009) apresentaram uma extensa classificação do estado-da-arte da visão baseada em técnicas de SLAM em termos de (i) sistemas de imagem utilizados para executar o SLAM, que incluem câmaras individuais, pares estéreo, câmara com múltiplas plataformas e sensores catadióptricos, (ii) características extraídas do ambiente a fim de realizar o SLAM, que incluem informação geométrica, (iii) a inicialização de marcos, que pode ser com ou sem atraso, (iv) técnicas de SLAM utilizadas, que incluem extensões às técnicas de filtragem de Kalman (Yan, Guorong, Shenghua & Lian, 2009), a técnicas inspiradas na biologia como a de RatSLAM, e outras como a de Local Bundle Adjustment, e (v) a utilização de odometria.
Estudos extensos sobre os métodos de SLAM e investigação científica relacionada são apresentados por T Bailey & Durrant-Whyte (2006ª) e T Bailey (2006). Estes autores descreveram os problemas essenciais do SLAM, bem como os recentes avanços em métodos computacionais e em novas formulações do problema de SLAM em grande escala e em ambientes mais complexos. Finalmente, em termos de plataformas, já existem algumas soluções disponíveis, embora em número significativamente menor em comparação com a RA com marcas, sendo a maioria delas, na verdade, bibliotecas que podem ser incluídas no código. Alguns exemplos são dados por: PTAM (Nuetzi, Weiss, Scaramuzza & Siegwart, 2010, Isis Inovation, 2008) SceneLib (Davison, Andrew and Smith, Paul, 2003), Bayes ++ ou FastSLAM 2.0 (Zhang, Meng, & Chen, 2009) para Matlab.
VR
6
3.
A (BsucocoobRAdain
Numevflepa
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Ouosdaenresisasilu
RINMOTION: Util
. Modelo Co
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nformação de
uma primeimobiliário ou
voluindo parexibilidade nara identifica
uma fase segendo esta iosicionamenteverão ser tamclusão. O viosicione os mmites previam
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lização de Realida
onceptual e
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ira abordageu decoraçãora uma apr
na sua utilizaar adequadam
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o importante nto mais reagráfica para
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ade Aumentada no
e Descrição
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em, utilizam devem ap
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a 4. Arquitectu
prevista a deutilizada p
elos 3D. Parificadas caixem RA permspaço visíveltados.
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es de luz seris realista doa fase experi
o sector mobiliário
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ma câmara ine edição e v, marcas, tustra a arquit
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o visual. A vossível. Inicia
que os objeão a ser avaliractiva pelo ia uma maiss shaders e dmental do V
o, 1-16
constituída pnto de objectinte, o editoalização (Re
colocar artificncorporada evisualização, texturas, partectura do si
para identifmundo real de forma
raças à adopçruir um mod
a VRINMOTIO
imites do espficar o espamento do mdoras para co
o utilizadordo esse posici
visualização ealmente foraectos parecesiadas, o queutilizador ou
s-valia em teda iluminaçã
VRINMOTIO
RISTI, N
or um módutos 3D de m
or gera um fiendering/Tracialmente, esem óculos es irá existir urâmetros doistema.
ficar onde al. Estamos, a permitir
ção de técnicdelo 3D do m
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paço (da salaaço que co
mobiliário ouontrolo de sobr, de forma ionamento c
em RA deveam utilizadosssem mais r
e inclui ajustu automatica
ermos de preão e sombras
ON (com mar
.º 7, 06/2011
ulo de ediçãomobiliário e a
icheiro XMLacking) quesses mesmospeciais para
uma base deo sistema e
as peças de entretanto,uma maior
cas de SLAMmesmo.
a ou quarto),ondiciona ou decoração,breposição e interactiva,om base nos
representars os shadersrealistas. Note em tempoamente pelo
ecisão, tendos. A Figura 5rcas) por um
o a L e s a e e
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RISTI Revista Ibérica de
RISTI, N.º 7, 0
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Figur
Com o intuitoem RA, incluou exclusão dnteractiva de
As funcionalivisualizador nterior; (2)
decoração; (3Base de dadnteractiva da
(6) Pré-visualoco.
Esta interfacconclusão qumodelos. Tamelementos.
Na base de dao mobiliáriocatálogo. O cRar, com ummétodo à esexportação. modelos de m
Sistemas e Tecnol
06/2011
nal. O utilizad específica iâmara de vídm que se encão do object
o com renderrma ao utilizque se enconual no mesmer o objecto v
ra 5. VRINMO
o de ser altamui também umde modelos 3e modelos 3D
idades já dissão os segu Associação3) Base de ddos para ma cena em RAalização da c
ce inicial resuue o editor mbém deverá
ados de modo que pretencatálogo estama estruturacolha. Para No entanto
mobiliário pa
logias de Informa
dor coloca nimpressa emdeo, a aplicaçcontra relativto por parte rização hiperzador visuali
ntra a marca.mo local e covirtual, basta
OTION. Protót
mente flexívm editor de m3D e de marD sobre uma
sponíveis paruintes: (1) Imo interactivadados para marcas e respA: área de idcena em RA
ultou da ava deverá ter á existir uma
delos, os utilindam visualizará acessível a bem defini
este efeito, o, no editorara utilização
ção
no chão ou nm papel ou nção reconhecvamente ao udo utilizador
r-realista. O mizar o object. O utilizado
om a mesmaa-lhe mover a
tipo inicial de
el, o VRINMmontagem parcas, a associ foto do espa
ra o utilizadmportação e entre marc
modelos 3D epectiva visu
dentificação, A, através da
aliação dos ruma base d
a forma de fa
izadores podzar posterior aos utilizadida), em formo editor for já estarão
o imediata.
numa parede numa placa ce essa figurautilizador. A pr, a aplicaçãmodelo é pro
to como se eor ao movimea orientação,a marca.
visualização e
MOTION alémara RA. Esteiação entre eaço do imóve
dor final dos e visualizaçãrcas e modee respectiva
ualização e g número de m utilização d
requisitos. Nde dados paazer a associa
derão carregarmente no se
dores via intemato DVD/
rnecerá meca contemplad
uma marca,construída pa, e determinpartir dessa o gera um mojectado na s
ele estivesse entar-se, irá , definida pe
em RA com ma
m de incluir oe editor permestes e aindael.
protótipos dão da imageelos 3D de visualizaçãogestão; (5) modelos parade imagens c
Neste sentidoara marcas ação entre os
ar modelos Oeu imóvel, a ernet (em ficCD-ROM ouanismos de dos alguns
7
, que consistpara o efeitona a posição informação,
modelo virtuasuperfície dorealmente n sempre ver ela marca. S
arcas.
o visualizadomite a inserçãa a montagem
do editor e dem do espaç
mobiliário o e gestão; (4
Configuraçãa mapear, etccapturadas i
o, chegamos e outra par
s dois tipos d
OBJ referente partir de umcheiro ZIP ou ainda outrimportação exemplos d
7
te o. e e al os na o Se
or ão m
do ço
e 4) ão c; in
à ra de
es m ou ro e de
VR
8
NamdedeUmcousmca
Atvisnoapde
3.
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RINMOTION: Util
a base de damais flexível,
efinidas será e mobiliário ma cena cor
onforme se psar como inp
mobiliário assapturadas, at
Figura 6. E
través do edisualizar o moção se o mpreciação quae decoração,
.1. Processo
RA, pela suesafio à IHCelecção e adeeste modo, ualorização e stema (Saffermesmo dos
ssim forneceriar experiêncomunicam e i
neste contexHC, foi um asferecer ao seceal, usando d
lização de Realida
ados de marc nomeadame em número (número márresponderá ode ver na fi
put um XMLsociados, qutravés do disp
Ecrãs ilustrativ
itor, o utilizamobiliário demobiliário sealitativa do r criando para
o e estudo d
ua complexidC (Interacçãequação dasum novo paaproveitamer, 2009), que gestos. O d
er um suportcias que melinteragem (P
xto, que a usspecto considctor do mobi
dispositivos p
ade Aumentada no
cas existirá uente acresce suficiente paáximo elemea uma lista
igura 6 (coluL, representanuando as respositivo de e
vos do design
ador poderá e uma sala, ce integra no resultado. O ua isso várias c
de Usabilid
dade na criaão Humano-s técnicas paaradigma no ento de todoer seja atravé
design de intte às actividlhorem e estePreece, Roger
sabilidade, coderado no priliário um pr
portáteis e for
o sector mobiliário
uma lista préntar outras ara ser possíentos mobili de associaçõna mais à dirndo esta listpectivas mantrada de víd
da interface gr
criar diferencozinha, qua espaço a sutilizador tamcenas.
dade
ção de um a-Computadorara a RA em design de i
o o corpo hués do movimteracção (Heades das peendam a mar, Sharp & W
omo uma darojecto VRINoduto que inrnecendo um
o, 1-16
é-definida demarcas. O n
ível criar ceniário = númeões entre umreita). No fina e apresent
arcas forem deo disponív
ráfica inicial d
ntes tipos dearto, etc, tenser visualizadmbém pode
ambiente imr) no que r
m dispositivointeracção, q
umano para mento do corp
eo, Sahyun &essoas, seja naneira como aWiley, 2002).
as principais NMOTION, untegre objectm alto nível d
RISTI, N
e marcas quenúmero de
nas com várioero marcas dma marca e nal, o visualiztará todos osdetectadas n
vel nos óculo
do editor VRIN
e cenas, confndo imediatado, podendo testar várias
mersivo, aprerespeita à mos portáteis.que passa prealizar acçõ
po, quer atrav& Song, 200no lar ou noas pessoas tr
componenteuma vez queos virtuais co
de imersão e
.º 7, 06/2011
e poderá sermarcas pré-
os elementosdisponíveis).um modelo,zador RA irá modelos de
nas imagenss de RA.
NMOTION
forme queiraamente umao fazer uma alternativas
esenta novosmanipulação,
Assume-se,ela evidenteões com umvés do toque
07) pretendeo trabalho, erabalham, se
es de estudo se pretendeom o mundorealismo.
r -s . , á e s
a a a s
s , , e
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RISTI Revista Ibérica de
RISTI, N.º 7, 0
O sucesso de(designers dedecoração, en(ISO, 1998) ambiente virt
No âmbito dese responderas acções no alcançar os outilizadores anecessitam prelação à exaque é que os conforto a ac9241 enquad
Figura 7. Est
A integraçãocentro do ddesenvolvimedesenvolvime13407 standacontexto de organizacione alta-fidelidaempíricos deproblemas; 5finais, assim
A primeira f(potenciais ucada uma d
Sistemas e Tecnol
06/2011
este projecto e interiores, ntre outros dcom os disptual e a mod
este projector às seguinte ambiente reobjectivos esatingem objpara atingir actidão e inte utilizadoresceitabilidaderada neste p
trutura da usa
o da compondesign (useento, apresenento. O procard (ISO, 19 uso e esp
nais; 2) Desigade; 3) Imple usabilidade5) Avaliação: como monit
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apostando no preenchimento de alguns dos requisitos Atraentes (aqueles que permitirão alcançar diferenciação do novo produto no mercado).
No cruzamento da classificação dos requisitos com a respectiva avaliação de importância, foi possível chegar a um conjunto de requisitos prioritários, listados na figura 10.
Os requisitos prioritários considerados foram: 1) Ser fácil de utilizar; 2) Permitir personalizar/manipular os objectos/mobiliário no momento de apresentação ao cliente; 3) Ser leve e portátil; 4) Permitir alertar algumas dimensões do mobiliário/objectos em tempo real; 5) Conseguir transmitir os pormenores de acabamento; 6) Ser compatível com o software mais utilizado na área; 7) Ter alta qualidade de visualização – foto realismo; 8) Apresentar a escala real dos objectos e dos espaços; 9) Projectar catálogos virtualmente; 10) Permitir visualização simultânea pelo utilizador e técnico de apoio; 11) Permitir simular iluminações, sombras e reflexos; 12) Não ter fios.
Destacamos alguns aspectos relevantes quanto às expectativas dos potenciais utilizadores, nomeadamente a facilidade e simplicidade do sistema VRINMOTION, a interacção com os objectos sintéticos do mobiliário. Outro aspecto a realçar é a necessidade da ergonomia do sistema, visto que segundo os participantes, este deverá ser compacto, leve e portátil, não comprometendo, desta forma, o desempenho do mesmo.
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A nível de tecnologia, pretende-se avaliar a utilização do VRINMOTION em plataformas com características técnicas bem distintas – óculos de RA e Pads.
Alguns dos principais desafios futuros incluem a representação gráfica com razoável realismo, dos objectos a serem inseridos na imagem captada do mundo real. Como a iluminação no mundo real não pode ser totalmente controlada ou prevista, o modelo sintético é processado de acordo com um modelo fixo de iluminação, que pode não coincidir com o que realmente existe no mundo real (posição das fontes de luz, intensidade, orientação, cor, etc.). Outra questão sensível é que o factor de escala do modelo sintético que deve ser processado de acordo com a posição e distância do ponto de vista do utilizador final e proporcional ao tamanho dos objectos reais que estejam próximos. Estes aspectos devem ser devidamente controlados. A oclusão das marcas pode causar efeitos indesejáveis e a capacidade de processamento do hardware pode trazer graves impactos no desempenho global do sistema (cintilação da imagem e instabilidade), especialmente quando o objecto sintético apresenta um elevado grau de detalhe.
Em termos de RA sem marcas, muitos outros desafios ainda podem ser adicionados. Como o reconhecimento de formas e/ou posições deve ocorrer de forma automática, a exigência e complexidade algorítmica ainda constitui uma grande limitação técnica.
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