Realidad virtual

Realidad VirtualRealidad Virtual

Realidad Virtual

Mat. Ma. del Carmen Ramos Nava

[email protected]

M. en C. Miguel Miranda Miranda

[email protected]

Realidad Virtual, DGSCA, UNAM


¿ Qué es la realidad virtual?

• La Realidad virtual (RV) es una experiencia inmersiva, interactiva y multisensorial generada al simular ambientes reales o imaginarios.

Realidad Virtual

No es RV

• QuickTime RV• Espacios tridimensionales en web (VRML)• Juegos 3D de consola


Características

• Realismo visual• Punto de inmersión basado en el usuario• Interacción multisensorial


Objetivos en diseño• Inmersión• Interfaces cómodas• Combinación de objetos reales con virtuales• Retroalimentación: audio, física• Elementos de navegación y control• Calidad de despliegue• Ambientes virtuales compartidos• Uso: General contra específico


Componentes de RV

• Despliegues visuales• Sistemas de rastreo• Dispositivos de entrada• Sistemas de sonido• Dispositivos de retroalimentación• Hardware gráfico y de cálculo• Herramientas de software


Despliegues visuales

• Desktop• Head Mounted Display (HMD)• Arm Mounted Display• Proyección de una pantalla• Proyección alrededor


DesktopVentajas

• Alta resolución• Interfaz familiar• Hardware común y disponible• Relativamente barato• Fácil instalación• Varios usuarios pueden utilizarlo


DesktopDesventajas

• Bajo nivel de inmersión• Ángulo de visión pequeño• No hay vista periférica• Rango de movimiento reducido• Problemas con estereoscopía


Head mountedVentajas

• Mayor ángulo de visión• Buen sentido de inmersión• Rango de movimiento amplio• Modelos de bajo costo• Fácil instalación


Head mountedDesventajas

• Interfaz no natural y poco cómoda• Distorsiones• Demasiado peso• Aislamiento del mundo real• Se necesita modelar gráficamente objetos reales• Dificultad de manipular los objetos reales• No es fácil de compartir


Arm mountedVentajas

• Mayor resolución (CTRs)• Grandes ángulos de visión• Entrar y salir del ambiente de una forma de fácil y rápida• No es pesado• No hay retrasos al rastrear la posición• Fácil de instalar


Arm mountedDesventajas

• Movimiento limitado• Solo deja libre un brazo• Inercia provoca mas trabajo• Bajo nivel de inmersión


Proyección de una pantallaVentajas

• Fácil de compartir• Interface intuitiva• Accesible


Proyección de una pantallaDesventajas

• No hay vista periférica• Pequeño rango de movimiento• Requiere especiales condiciones de instalación


Proyección en varias pantallasVentajas

• Alta resolución• Amplio ángulo de visión• Fácil de compartir• No hay aislamiento del espacio real• No necesita recrear objetos reales


Proyección en varias pantallas


Proyección en varias pantallas

Desventajas• Requiere amplios espacios• Oclusión• Ajuste de las paredes• Calibración precisa de los proyectores• Software y hardware complejo para coordinar todas las pantallas• Requiere varias salidas gráficas


Sistemas de rastreo

• Electromagnéticos• Mecánicos• Acústicos• Opticos• Procesamiento de imágenes


Electromagnéticos

• Elementos estacionarios emiten campos magnéticos• Los sensores se colocan sobre el usuario y reportan posición y orientación respecto a la fuente• Están sujetos a interferencia en el ambiente


Ejemplos: Polhemus 3Space, Ascencion Birds, Flock of Birds


Mecánicos• Estructuras rígidas con diferentes uniones. Un extremo es fijado a algún lugar y el otro extremo al objeto para ser rastreado. Los ángulos nos dicen la posición y la orientación.

Desventajas: Movimiento es restringido por el rango del extremo de la estructura.


Mecánicos


Acústicos

• Utilizan sonido ultrasónico• Micrófonos estacionarios con elementos que se pueden mover y emitan sonidos de alta frecuencia

Ejemplos: Logitech acoustic tracker


Ópticos

• Combinación de diodos que emiten luz (LEDs), video cámaras y técnicas de procesamiento de imágenes

Desventajas: Retraso, oclusión


Ópticos


Procesamiento de imágenes

• Usa video cámaras para capturar imágenes del usuario

Ventajas: No es invasivo

Limitaciones: Problemas de oclusión, complejidad en los algoritmos


Dispositivos de entrada

• Mouse, joystick• Guantes• Cabinas de autos, bicicletas• Captura de movimientos• Voz


Dispositivos de entrada


Dispositivos Sonido

• Localización• Sonificación


Dispositivos Haptic

• Terreno• Cuerpo• Inercial• Dermal


Dispositivos Haptic


Sistemas de cómputo

• Generación de las gráficas de la escena• Control de dispositivos de entrada y salida• Cálculo de la simulación• Cálculo del ambiente


Configuraciones Actuales

• PC con aceleradores gráficos• Estaciones de trabajo con un procesador• Estaciones de trabajo con varios Procesadores• Cúmulo de computadoras• Estaciones de trabajo conectados en una red rápida a una supercomputadora


Herramientas de software para el desarrollo de

aplicaciones de Realidad Virtual


Necesidades

• Desempeño

• Flexibilidad

• Facilidad de uso


Capacidades del ambiente

• Multiplataformas• Soporte para hardware VR• Abstracción del hardware• Ambientes distribuidos


Interfaces, herramientas y lenguajes

• Interfaces de alto y bajo nivel• Interfaces gráficas• Interacción• APIS y lenguajes


Otros factores

• Extensibilidad• Limitaciones mínimas• Monitoreo del desempeño• Comercial - Investigación


Software de RV• Alice• OpenSceneGraph ---- Iris Performer• Dvise• Lightning• MR Toolkit• World Toolkit• VR Juggler ----- CAVELib• Virtools • Quest3D


Perspectivas

• Dispositivos de interacción natural• Ambientes compartidos en tiempo real• Mayor acceso a ambientes virtuales• Costo de equipo bajo• Comunicaciones más rápidas

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Ixtli: Realidad Virtual como servicio a la comunidad

Académica

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Dimensiones:140o

8.90 de longitud2.55 de Altura

42 asientos

3 Proyectores2000 Lumens3520 x 1024 pixeles

Dolby Surround 5.1

3 cámaras

Sistema derastreo

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•ONYX 350

PC DUAL

MAC G5

LAPTOP

DVD WR

DVD R

VHS

DVPRO

VIDEO

CONFERENCIA

3 CAMARAS

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CABINA PREPARACIÓN

DEP. VIS.

SALA DE PREPARACIÓN

SALA

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Conexión de RED delPortal IXTLI a RED UNAM

LAN Interna

Gigabite Ethernet

Videoconferencia

RED

UNAM

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• Fondo 3D

• 7 ventanas

• Mover

• Escalar

3 CÁMARAS

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Software RV en Ixtli

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Lista de software• Performer• OpenSceneGraph OpenInventor VrJuggler Amira VR AVS VR Virtools Quest3D Ogre

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Tendencia

Software libre para Realidad Virtual OpenSceneGraph/ Coin3d VrJuggler

Realidad Virtual

Por qué software libre ?

• Podemos modificarlo y crear nuevas bibliotecas que se requieran en nuestras aplicaciones

• Las aplicaciones desarrolladas pueden usarse en otros sitios ( RV de bajo costo)

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Bonampak

Instituto de Investigaciones Estéticas

Realidad Virtual

Bonampak es parte del proyecto “La PinturaMural en México”

Objetivo:Crear ambientes virtuales de los sitiosarqueológicos que poseen pinturas muralespara su estudio y conservación

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Aplicando técnicas de RV

• Navegación dentro del sitio arqueológico• Grabación de recorridos preestablecidos• Mostrar diferentes etapas constructivas• Navegación compartida

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Hardware.

Sala Ixtli Navegación con teclado y mouse o con

sistema de rastreo (Tracking system) PC, sistema de RV estéreo pasivo

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Software Performer y VrNav

¿Por qué se seleccionó este software? Performer es un grafo de escena Performer soporta multiprocesamiento y

multidespliegue en SGI vrNav esta basado en Vrjuggler

Realidad Virtual

Software

¿Por qué se seleccionó este software? (continua)

Vrjuggler gestiona todos los dispositivos de un sistema RV

Vrjuggler permite la fácil migración de una aplicación a diferentes sistemas RV

vrNav incluye navegación, grabación de recorridos y navegación compartida

vrNav y Vrjuggler es código libre

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Video Bonampak

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Catalasa

Instituto de Fisiologia Celular

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Objetivo

Visualizar las diferentes estructuras que componen la catalasa y el mecanismo cuando se unen al ocurrir una reacción química

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Porque en RV?

En un espacio con profundidad es posible ver y analizar la formas en que estan compuestas las estructuras

Ayuda al entendimiento del comportamiento de esta proteína

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Software utilizado

AMIRA VR Los modelos de la proteína lo obtienen en

archivos pdb Amira permite incluir los dispositivos para

el despliegue y manipulacion con los objetos

Realidad Virtual

Hardware utilizado

El desarrollo de la aplicación se realizó en máquinas PC/Linux

La aplicación para los investigadores se ejecuta en la máquina SGI /Onyx , con sistema de tracking

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Video Catalasa


Aplicaciones

• Entrenamiento• Medicina• Diseño• Arquitectura• Educación• Ambientes compartidos


Entrenamiento


Medicina


Arquitectura


Diseño


Simulación


Educación


Ambientes compartidos

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Cluster para Realidad Virtual

Realidad Virtual

¿Por qué clusters en RV?

Son baratos Ofrecen gran poder de cómputo Su arquitectura es muy flexible Tarjetas de video en PCs son cada vez más

potentes y rápidas Crece el interés en desarrollar software

para cluster en RV

Realidad Virtual

¿Qué problemas existen?

Separación y sincronización de procesos en los nodos del cluster

La sincronía de las tarjetas de vídeo en el multidespliegue

El manejo de los dispositivos

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Software para cluster

OpenSceneGraph

OpenSG Chromium Amira VR Virtools Syzygy

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Aplicaciones para colaboración en red

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Aplicaciones

Comunicar grupos de trabajo localizados en sitios remotos

Creación de ambientes virtuales colaborativos

Creación de laboratorios virtuales Museos interactivos Aplicaciones en Internet 2

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Retos

Manejo del ancho de banda Sincronización en el ambiente Interacción simultánea Integración con videoconferencia,

multimedios, etc.

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Software

VrNav CaveRNSo

ft Quanta Avango

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Comportamientos en RV

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Objetivos

• Crear un esquema de trabajo en la creacion de ambientes virtuales dinamicos

• Minimizar el tiempo de desarrollo de los mismos

Realidad Virtual

Propuesta• Utilizar la especificacion de x3d para la

creación de mundos virtuales

• Integrar las acciones-reacciones de estos mundos, dentro del API de desarrollo de software libre OpenSceneGraph o coin3D

• Tener la metodología para la creación y manejo de personajes ( Cal3D)

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Technology

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