realidade aumentada: origem, funcionamento e usos - nellie santee, suely gomes

II SEMIC – Seminário Mídia e Cultura Processos midiáticos e narrativas culturais

11 e 12 de novembro de 2010 Universidade Federal de Goiás – Goiânia – GO

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Realidade Aumentada: Origem, Funcionamento e Usos1

Nellie Rego Santee2 Suely Henrique de Aquino Gomes3

Faculdade de Comunicação e Biblioteconomia – Universidade Federal de Goiás Resumo Neste trabalho veremos como surgiu a Realidade Aumentada, como funciona e quais têm

sido seus principais usos. A popularização desta tecnologia pode trazer grandes mudanças no acesso à informação e deve ser acompanhada de perto.

Palavras-chave: Realidade Aumentada; Cibercultura; Computação; Virtual; Interatividade Abstract This paper shows how Augmented Reality was born, how it works and how it has been

used. The popularization of the technology may bring big changes in the way information is accessed and it must be closely studied.

Key-words: Augmented Reality; Ciberculture; Computing; Virtual; Interactivity 1. INTRODUÇÃO

A Realidade Aumentada é uma tecnologia que vem sendo desenvolvida há cerca de 40 anos, e estamos cada vez mais próximos da correção dos seus problemas e dificuldades e de seu aprimoramento total. A combinação de objetos reais e virtuais pode ser extremamente útil para a humanidade, tanto como um novo paradigma de interface interativa entre usuário e informação, como uma maneira de acessar informações que não seriam acessíveis aos sentidos comuns. Veremos neste trabalho a origem, o funcionamento e alguns usos desta ferramenta, que vem sendo apontada por alguns pesquisadores como a nova saída para a evolução da computação.

1 Trabalho apresentado no GT3 – Cibercultura do II SEMIC – Seminário Mídia e Cultura, realizado em 11 e 12 de novembro de 2010, em Goiânia – GO. 2 Bacharel em Comunicação Social, Habilitação em Publicidade e Propaganda pela UFG e mestranda em Comunicação, Cultura e Cidadania na FacomB-UFG. E-mail: [email protected] 3 Graduada em Biblioteconomia pela Universidade de Brasília, mestre em Automação de Biblioteca – University College London e doutora em Ciências da Informação pela Universidade de Brasília. Professora adjunta da Universidade Federal de Goiás. E-mail: [email protected]



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3. ORIGEM

Conforme Ronald Azuma (1997, p. 356), atual pesquisador da Nokia para Realidade Aumentada4, a Realidade Aumentada (RA) é uma variação do conceito de Realidade Virtual (RV). As RV promovem uma total imersão do usuário no ambiente sintético, sem que ele tenha nenhum contato com o mundo real à sua volta. Ao contrário, a RA permite que o usuário veja parte do mundo real, com objetos virtuais sobrepostos ou compostos com o mundo real. A RA suplementa a realidade, ao invés de substituí-la. Ela também pode ser entendida como um subproduto da Realidade Mista, que também inclui a Virtualidade Aumentada, composta em sua maior parte por objetos virtuais (HÖLLERER; FEINER, 2004, p. 2). Assim, a RA está mais próxima do ambiente real, sendo ele acrescido de elementos virtualmente construídos. A Realidade Aumentada pode então ser entendida como uma mediadora de informação, um filtro, ou uma camada semântica. O contínuo Realidade-Virtualidade pode ser demonstrado por meio do seguinte esquema:

Figura 1. Contínuo Realidade-Virtualidade5.

Por definição, todo sistema de realidade aumentada possui necessariamente estas

três características (AZUMA, 1997, p. 356): 1. Combina real e virtual 2. Possui interatividade em tempo real 3. É registrada em três dimensões O computador, nesse caso, auxilia o sujeito a realizar tarefas de maneira mais

intuitiva e com maior preparo (EKENGREN, 2009, p. 2). Bertelsen (2000, p. 1) defende que, do ponto de vista da realização de tarefas, a RA apenas seria um novo paradigma de interface de ferramenta utilizada para complementar o trabalho, como muitos outros artefatos – invisíveis durante o uso – que já foram utilizados na história.

O primeiro sistema funcional de realidade aumentada foi construído em 1968 por

4 http://research.nokia.com/people/ronald_azuma 5 Traduzido de Ekengren, 2009, p. 2.



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Ivan Sutherland. Este consistia de um Head-Mounted Display (algo como Mostrador montado na cabeça). O sujeito era rastreado mecanicamente por cabos e poderia ver informações geradas por computador misturadas com objetos físicos. Sutherland propunha, utopicamente, um dispositivo que pudesse imergir os humanos em um ambiente tridimensional de tal maneira que não se poderia distinguir o real do virtual (AZUMA, 1995, p. 1). Nas décadas seguintes, com subsídio das Forças Armadas dos EUA, as pesquisas se concentraram na geração de informações gráficas interativas, assim como de imagens mais realistas e melhores sistemas de rastreamento (tracking) principalmente nos centros de estudo de tecnologia (EKENGREN, 2009, p. 5) (HÖLLERER; FEINER, 2004, p. 2).

Foi somente na década de 90 que o conceito de sobreposição de objetos virtuais sobre a realidade se solidificou e recebeu o nome de Realidade Aumentada. Em 1993, pesquisadores da Universidade a Califórnia desenvolveram um sistema móvel de RA para ambientes externos baseados no GPS (Global Positioning System – Sistema de posicionamento global), que servia como assistente de navegação a deficientes visuais, sobrepondo comandos de voz à imagem captada. A partir disso, um grande número de pesquisas girou em torno do Wearable computing (algo como Computação Vestível), com computadores pessoais que podiam ser carregados ou vestidos, como os palmtops, pads, notebooks e, mais recentemente, os smartphones (HÖLLERER; FEINER, 2004, p. 3-4). A RA é considerada então a continuidade mais lógica do wearable computing, adaptando-se à localização do usuário, sua tarefa, suas preferências, etc.: tudo mixado tridimensionalmente com a visão do mundo real (EKENGREN, 2009, p. 3).

3. HEAD-MOUNTED DEVICES

Um Head-Mounted Device (HMD) é qualquer dispositivo montado na cabeça de seu usuário. Neste caso, trata-se de uma forma muito utilizada para dispositivos de RA. O Head-Mounted Device é vestido na cabeça como um capacete e possui dois pequenos mostradores (displays) na frente dos olhos do usuário, um rastreador, e um Gerador de Imagens (AZUMA, 1995, p. 1-2). A RA só é possível em dispositivos See-Through (Ver-Através), aqueles que combinam real e virtual, ao contrário dos dispositivos fechados, que permitem a visão somente do mundo virtual. Existem duas maneiras mais utilizadas para a união das imagens do mundo real com os objetos virtuais: ótica – Optical See-Through Device (Aparelho de Ver-Através Ótico); e por vídeo – Video See-Through Devices (Aparelho de Ver-Através por Vídeo).



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3.1. Optical See-through

Figura 2. Optical See-Through6.

Os mostradores dos dispositivos óticos são transparentes, permitindo que o

usuário veja por meio dele o mundo real. Eles usam combinadores óticos semi-refletivos para sobrepor as imagens geradas por computador por cima das imagens do mundo real (HÖLLERER; FEINER, 2004, p. 17) (AZUMA, 1997, p. 364). No diagrama de Azuma (1997, p. 364) - Figura 2 - a imagem do mundo real é vista por meio do mostrador; enquanto isso, o gerador de imagens combina as localizações da cabeça, enviadas pelo rastreador, para produzir imagens gráficas e refleti-las no combinador semi-transparente. Os dispositivos optical see-through produzidos hoje são mais sofisticados e dispensam o reflexo na lente. Muitas vezes um pequeno monitor projeta as informações diretamente sobre um dos olhos, enquanto o outro fica livre para ver as imagens do mundo real: são os chamados near-eye (perto do olho).

Figura 3. I-Port HMD da Creative Display Systems7.

3.2. Video See-through

Já nos dispositivos video see-through, a imagem do mundo real é captada por câmeras – colocadas no lugar dos olhos – e projetada para o usuário em telas próximas ao olho, mixadas com as imagens geradas por computador. Ekengren (2004, p. 9) considera

6 Traduzido de Azuma, 1997, p. 364. 7 Disponível em <http://migre.me/1xC0U>. Acesso em 08/10/2010.



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o uso do vídeo como a saída mais simples para o see-through, além de oferecer uma maior sensação de imersão que o ótico. Por vídeo também é possível a edição das imagens do mundo real antes da projeção nos monitores extraindo ou adicionando elementos com maior fidelidade. Em outro diagrama de Azuma (1997, p. 11) – Figura 4 – as câmeras captam a imagem do mundo real, encaminham para o mixador de imagens, enquanto o rastreador também envia para o mixador as informações a respeito da posição da cabeça do usuário. O mixador então reúne as duas imagens e projeta nos monitores oculares para o usuário. A imagem de cada monitor é diferente da outra, gerando uma imagem em estéreo e em três dimensões. Dispositivos que queiram usar o sistema de video see-through, mas não num head-mounted display, utilizam somente um monitor, e o usuário vê o mundo sem perspectiva (HÖLLERER; FEINER, 2004, p. 17).

Figura 4. Video see-through8. Figura 5. AddVisor 150, da Saab Tech9.

5. O PROBLEMA DO REGISTRO E RASTREAMENTO

Um dos problemas mais limitadores da RA é o registro (registration). Os objetos

no mundo real e virtual devem ser exatamente alinhados para causar ilusão e imersão, sendo essa uma condição necessária para o bom funcionamento da ferramenta. Outro conceito bastante ligado ao registro é o de rastreamento (tracking), ou seja, o ato de localizar o usuário no espaço com exatidão. O primeiro dispositivo de RA, de Sutherland, dependia de cabos mecânicos para fazer o rastreamento da cabeça do usuário. Desde esse experimento, diversos métodos de rastreamento já foram experimentados, baseados no eletromagnetismo, escaneamento do espaço, escaneamento da visão, sensores inerciais, etc. (EKENGREN, 2009). Um dos métodos mais promissores comercialmente é um híbrido entre o GPS e o escaneamento visual, utilizando os 24 satélites em órbita, 12

8 Traduzido de Azuma, 1997, p. 11. 9Retirado de <http://migre.me/1xC2i>. Acesso em 08/10/2010.



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estações terrestres (EKENGREN, 2009, p. 19) e as imagens obtidas pela câmera. Neste método, a posição da cabeça do usuário é obtida pelo sistema GPS, e então a imagem é relacionada ao um modelo de computador previamente construído (HÖLLERER; FEINER, 2004, p. 19). As câmeras identificam também marcos distintivos na paisagem, como prédios ou montanhas, relacionando-os com o modelo virtual.

6. REALIDADE AUMENTADA MÓVEL

Os últimos dois anos foram decisivos para o desenvolvimento da RA móvel com a

convergência de hardware, software, serviços e base de dados em um só aparelho (ISMAR, 2009). Seguindo a tendência do wearable computing, os celulares atualmente estão adquirindo cada vez mais funções e se tornando cada vez mais acessíveis. Assim, um número cada vez maior de usuários vai ter acesso a máquinas móveis capacitadas para utilizar aplicativos de RA. O caminho atual é a diminuição no tamanho dos aparelhos e o aumento no tamanho dos mostradores (displays), paradoxo esse que pode ser resolvido por meio da RA, projetando a informação para além do aparelho, este podendo então ser até mesmo vestido pelo seu usuário (EKENGREN, 2009, p. 1). Conforme Cavallini, Xavier e Sochaczewki (2010, p. 88), existem hoje cerca de 19 milhões de smartphones teoricamente aptos a rodar aplicações de RA, e demoraria cerca de 45 dias para viabilizar um projeto comercial com essa tecnologia. Existe nessa ferramenta muito potencial a ser explorado. Os celulares atuais, equipados com câmeras, telas de alta resolução, banda larga 3G e GPS são então dispositivos móveis perfeitos para a utilização da RA. Nada mais natural que apontar uma câmera para algo, e assim demonstrar seu interesse em obter mais informações a respeito daquilo (TAKACS et al, 2008, p. 1).

6.1. Tecnologia necessária

Höllerer e Feiner (2004, p. 2) listam as tecnologias necessárias para tornar

possível a RA Móvel: tecnologias de rastreamento global, comunicação sem fio, computação baseada em localização, computação baseada em serviços e wearable computing. O dispositivo precisa ter uma plataforma capaz de gerar e gerenciar as imagens virtuais a serem sobrepostas à imagem real. O registro deve ser preciso, seja utilizando o sistema de GPS, base de dados acessada por banda larga 3G, rastreamento por meio de imagens do ambiente, etc. Para isso o ideal é que o aparelho possua tanto o GPS, quanto bússola, e, sem dúvida, uma câmera e uma tela de resolução razoável.



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6.2. Registro e rastreamento no dispositivo móvel

Figura 6. Processo de rastreamento ótico leve10. Figura 7. Exemplo de rastreamento ótico leve em um celular comercial comum11.

A solução para o problema de obter um rastreamento leve e eficaz mesmo em câmeras de baixa resolução foi solucionado pela equipe de Möhring, Lessig e Bimber em 2004, com o Light-Weight Optical Tracking (Rastreamento Ótico Leve).

Figura 8. Frames do video “Augmented Reality: See How it Works”12.

O sistema de rastreamento leve, ao invés de rastrear toda a imagem, busca padrões específicos, funcionando da seguinte maneira: Figura 6; a) cada quadro é escaneado continuamente em linhas paralelas a cada número x de pixels; b) quando um padrão inesperado de cor aparece na imagem em duas varreduras sucessivas, o computador constrói o contorno da forma detectada, pixel a pixel; c) o resultado é um eixo em uma dimensão; d) os outros dois eixos são marcados por proximidade com o primeiro; e) o resultado são os três eixos das três dimensões; f) conforme os eixos são escaneados, sua largura e centro são estimados e todos são fundidos em um só (MÖHRING et al, 2004, p. 1-2). Com esse sistema, o computador pode sobrepor com exatidão a imagem virtual previamente construída, mesmo com um processador de pequeno porte e câmera com baixa resolução, como as de celular (Figura 7). Esse tipo de rastreamento é atualmente

10 Retirado de Möhring; Lessig; Bimber, 2004, p. 1. 11 Retirado de Möhring; Lessig; Bimber, 2004, p. 2. 12 Augmented Reality: See How It Works. Produção de plugintothesmartgrid.com. 2009. Disponível em <http://migre.me/1xC4a>. Acesso em 06/10/2010.



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muito utilizado em campanhas promocionais, nas quais o sujeito mostra um código em duas dimensões para a câmera do computador (Figura 8a) e sobre ele é mostrada a imagem virtual em três dimensões na tela (Figura 8b e c).

6.3. Cultura da telefonia móvel na Era da conexão

Figura 9. Screenshot do aplicativo BrightKite13

André Lemos (2004) fala do surgimento de uma nova fase da sociedade da

informação no século XXI, com a popularização da internet móvel e computação sem fio, principalmente por meio dos telefones celulares. A vivência no espaço urbano e a forma de consumir informação estão em transformação, e a RA pode ser um dos fatores que impulsionam esta mudança. Ele chama esta fase de a Era da Conexão, cuja tecnologia está baseada principalmente na mobilidade e na computação ubíqua. Uma das particularidades desta Era é a relação íntima que a cidade passa a ter com as redes telemáticas. As conexões sem fio proporcionam um acesso nômade à internet e uma conectividade permanente por meio dos telefones celulares, possibilitando o acesso à informação a qualquer tempo e em qualquer lugar. A RA adiciona ainda mais uma camada de informação ao ambiente urbano, tornando o acesso à informação mais intuitivo e natural que nunca. Lemos (2004) diz ainda que o telefone celular tornou-se uma espécie de “teletudo”, um equipamento que reúne telefone, máquina fotográfica, TV, jornal, GPS, etc... Assim, aparecem práticas híbridas entre o espaço físico e o espaço eletrônico, chegando a haver a fusão das duas na tela no celular. A era da conexão parece estar colocando em sinergia espaço virtual, espaço urbano e mobilidade (LEMOS, 2004).

Mantovani (2006, p. 128) acrescenta ainda que muitas vezes a própria tecnologia se torna um pretexto para a interação com as informações agregadas a ele e à rede a qual

13 Retirado de <http://migre.me/1xC5d>. Acesso em 09/10/2010.



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tem acesso. Um exemplo disso são os aplicativos de Realidade Aumentada Layar14 e BrightKite15 (Figura 9), que exibem para o usuário mensagens deixadas por amigos publicados nos locais físicos visitados, ou mesmo ver aonde estão seus amigos naquele momento. É uma forma de sociabilidade em um ambiente que flui entre virtual e físico. A câmera do celular permite ao usuário ver e socializar além do que seria capaz a olho nu.

7. USOS Para a medicina, a RA com Head-Mounted Devices pode ser útil no auxílio e

treino para cirurgias. Os dados do paciente coletados via exames não-invasivos, como ressonâncias magnéticas e tomografias computadorizadas podem formar uma imagem interna do mesmo em 3-D (AZUMA, 1997, p. 358). A Área Militar foi muito importante no início do desenvolvimento da RA, e continua sendo um de seus principais fomentadores, sendo utilizada no auxílio a pilotos de aeronaves e soldados em batalha (AZUMA, 1997, p. 363) (EKENGREN, 2009, p. 7). Uma das funções mais exploradas nos dispositivos de RA é o auxílio à navegação. O computador pode orientar o usuário sobre qual direção tomar e dar informações sobre locais importantes com imagens adicionadas à paisagem (HÖLLERER; FEINER, 2004, p. 7-8).

Figura 10. Frames do video “ARhrrrr - An augmented reality shooter”16.

Para o entretenimento, a RA tem muito a oferecer. Uma das possibilidades é fornecer visitas “guiadas” a sítios históricos, com reconstruções virtuais de como seria o ambiente na antiguidade. Outra proposta recente, produzida pela equipe da Georgia Tech, é um jogo que utiliza a base do rastreamento ótico leve para funcionar (Figura 10). A cidade em 3-D é projetada sobre o código em duas dimensões. O jogador atua em primeira pessoa, sobrevoando a cidade e dando toques na tela para atirar nos zumbis. Balinhas coloridas colocadas sobre o código impresso também participam do jogo como bombas de diversos tipos, aumentando mais ainda a interação real-virtual. Ainda, no dia

14 http://www.layar.com/ 15 http://brightkite.com/ 16 ARhrrrr - An augmented reality shooter. Produção de Georgia Tech Augmented Environments Lab e Savannah College of Art and Design (SCAD-Atlanta). 2009. Disponível em <http://migre.me/1xC5Z>. Acesso em 06/10/2010.



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16 deste outubro, no Museu de Arte Moderna de Nova York, os artistas Sander Veenhof e Mark Swarek construíram uma instalação cujas obras somente poderiam ser vistas através da tela do celular utilizando o aplicativo Layar (LECHNER, 2010).

Consideramos que as áreas de comunicação e marketing são as que mais mostram potencial de exploração e desenvolvimento da tecnologia da RA. Pelo grande crescimento comercial que os telefones celulares têm mostrado, a tendência é que os usuários queiram aproveitar toda a capacidade de seus aparelhos e que as empresas usem a tecnologia para divulgar produtos, serviços ou idéias. Nesse contexto percebemos três direções básicas que as empresas têm tomado para abordar seu público-alvo por meio da RA: Aplicativos de geolocalização, Interface com outros meios e ponto de venda e o Advertainment17. Os Aplicativos de geolocalização podem ser baixados gratuitamente ou adquiridos nas lojas online de aplicativos. Dois exemplos são os já citados BrightKite e Layar, gratuitos, que exibem para seus usuários as atualizações dos amigos associadas a determinadas localidades. Nestes dois casos, as empresas anunciantes podem “adquirir” virtualmente a localidade, deixando-a em destaque na paisagem virtual, chamando a atenção do usuário. Mies (2010, p. 26) aponta, no entanto, que o excesso de locais marcados pode irritar os consumidores e assim afastá-los do uso da ferramenta. Um bom exemplo é a campanha realizada pela banda Rolling Stones pelo Layar. Os usuários eram chamados a marcar os locais de sua preferência com o pôster de seu recém re-lançado álbum, promovendo-o assim na paisagem virtual18.

A Realidade Aumentada também é utilizada como um complemento interessante de campanhas publicitárias, sendo uma interface com outros meios, pontos de venda, ou até mesmo o próprio produto. Como interface com o ponto de venda, há o exemplo recente de uma campanha da WWF, que comercializou camisetas com um código em duas dimensões, que, ao serem posicionadas frente a um monitor com câmera simulavam o abatimento a tiros da pessoa que a estava usando (MEREL, 2010). Como meio de interface com o consumidor e o produto, a empresa Ray Ban fornece no site um espelho virtual, no qual o consumidor pode experimentar os óculos da marca por meio da RA19. Seguindo essa linha mais funcional, a empresa de transporte USPS também dá ao consumidor a possibilidade de experimentar os tamanhos de suas caixas padronizadas por meio da RA, e assim escolher o tamanho ideal20 pela tela do computador.

17 Expressão originada da união das duas palavras: Advertising (Propaganda) e Entertainment (Entretenimento). 18 http://www.exileonyourstreet.com/ 19 http://www.ray-ban.com/brazil/science/virtual-mirror 20 http://www.youtube.com/watch?v=jCcZX8qGAX0&feature=player_embedded



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Figura 11. Interface com o ponto de venda, campanha WWF.

A Realidade Aumentada como um todo pode ser pensada como um

Advertainment. Por ainda ser uma novidade tecnológica, é comum o usuário se divertir na sua utilização, e as empresas tendem a utilizar essa característica par promover seu uso. Mas há um exemplo que se aproxima mais do Advertainment puro: a divulgação do filme “Transformers: a Vingança dos Derrotados”, com o site We Are Autobots. Nele, o usuário poderia simular sobre seu rosto, em 3-D, a máscara dos personagens do filme (MERIGO, 2009).

8. CONSIDERAÇÕES FINAIS Neste trabalho, percebemos que o uso atual da Realidade Aumentada tem pendido

para o uso de aplicativos de navegação em dispositivos móveis e no aproveitamento do código 2-D com rastreamento leve para jogos e campanhas publicitárias – usadas principalmente na câmera do computador. Estes usos se afastam da utopia imaginada pelos seus primeiros criadores, de auxiliar ser humano em todas as suas tarefas, fornecendo informações importantes a qualquer momento. Porém, seu uso nos telefones celulares pode trazer grandes mudanças para o modo como encaramos as informações e sua relação com o espaço urbano, mudanças estas que devem ser acompanhadas de perto. Isto somado à expansão da rede sem fio e o barateamento dos celulares mais potentes, podemos ainda ver uma grande transformação no modo como acessamos as informações no futuro.

REFERÊNCIAS

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