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TÓPICOS DE INFORMÁTICA AVANÇADA IIDispositivos de Realidade Virtual
Entrada e Saída
Prof. Mário Dantas
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DISPOSITIVOS DE REALIDADE VIRTUAL
O usuário entra no espaço virtual das
aplicações e visualiza, manipula e explorar
os dados da aplicação em tempo real,
usando seus sentidos, particularmente os
movimentos naturais tridimensionais do
corpo.
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DISPOSITIVOS DE REALIDADE VIRTUAL
Casulo virtual – estimula os cinco sentidos do usuário
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1. DISPOSITIVOS DE SAÍDA DE DADOS
A maioria das aplicações de RV é baseada no
isolamento dos sentidos, principalmente a
visão. Assim, cabe ao hardware de RV de
saída de dados estimular tais sentidos.
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1.1. DISPOSITIVOS CONVENCIONAIS DE SAÍDA DE DADOS
Destinados à visualização e análise de
sistemas de propósito geral;
Monitor de vídeo, impressoras, autofalantes,
etc;
Contribuiem para o desenvolvimento de
ambientes interativos e semi-imersivos;
Não são capazes de prover realismo e o
envolvimento.
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1.2. DISPOSITIVOS NÃO-CONVENCIONAIS DE SAÍDA DE DADOS
São responsáveis em fornecer grande parte
do efeito imersivo ao sistema de RV;
São capazes de transpor o usuário à cena
sintética, tornando real sua experiência
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1.2.1. HEAD MOUNTED DISPLAYS (HMD’S)
Isola o usuário do mundo real;
Constituído de uma ou duas minúsculas telas e um
conjunto de lentes especiais;
As lentes ajudam a focalizar imagens que estão a
alguns milímetros dos olhos;
Também funcionam como dispositivos de entrada;
Usam três tipos de telas: os monitores de TV (CRT), os
monitores de cristal líquido (LCD), os mais usados
atualmente, e os de diodo emissores de luz orgânicos
(OLED).
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DISPLAYS CRT
Podem exibir imagens de alta resolução
(1280x1024 pixels);
Qualidade de cor excelente;
São relativamente pesados e volumosos;
Colocam altas voltagens muito próximas à
cabeça do usuário (> 100v);
Os HMD’s CRT usam dois Monitores de Raios
Catódicos que são posicionados nas laterais;
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DISPLAYS CRT
Canhão de Elétrons
Telas fosforescentes
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DISPLAYS LCD
São leves e podem ser usados com pequenas
voltagens (entre 20 e 100v);
Sua resolução espacial em monitores pequenos
pode variar desde extremamente baixa VGA
(640x480 pixels), até uma amostragem
satisfatória SXGA (1280x1024 pixels);
Este tipo de HMD usa tecnologia LCD para exibir
a cena, através da emissão de luz polarizada por
um material de cristal líquido.
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DISPLAYS LCD
Camadas de vidroFiltro vertical
Filtro horizontal
Moléculas de cristal
Filtro de cor
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DISPLAYS LCD
Telas LCD
Headphones
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DISPLAYS OLED
São baseados em diodos orgânicos emissores
de luz;
Não necessitam de luz traseira para
funcionar,
Um menor consumo de energia à baixa
voltagem;
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1.2.2. PROJETORES
Atualmente existem três tipos de projetores:
CRT, LCD e DLP (Digital Light Processing);
Os projetores CRT possuem três canhões de
elétrons, responsáveis pela geração das três
componentes de cores primarias;
A imagem é projetada com o auxílio de lentes
na tela de projeção;
Os projetores baseados em sistemas LCD
sempre possuem uma matriz ativa;
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1.2.2. PROJETORES
Já os projetores DLP’s utilizam semicondutores óticos
para a manipulação digital da luz, dividida em três
fases:
semicondutor, onde o processo de acender um pixel
ocorre pela movimentação de micro-espelhos
posicionados em uma malha retangular;
imagem cinza, obtida pela freqüência de movimentação
dos micro-espelhos ao serem atingidos pela luz;
e adição de cor, obtida pela utilização de máscaras,
semelhante aos LCD’s.
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1.2.2. PROJETORES
Esquema de Projetor DMD
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1.2.2. PROJETORES
Esquema de Projetor DMD
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1.2.2. PROJETORES
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1.2.3. WORKBENCHS E CAVES
Com o emprego de projetores, múltiplas telas de
projeção e espelhos, é possível criar as mais variadas
configurações de ambientes de visualização para RV,
como as Responsive Workbenchs e CAVE’s;
A Responsive Workbench (bancada interativa de
trabalho) é um espaço interativo e tridimensional,
onde imagens estereoscópicas são projetadas em um
topo de mesa horizontal, utilizada como superfície de
visualização.
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1.2.3. WORKBENCHS E CAVES
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1.2.3. WORKBENCHS E CAVES
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1.2.3. WORKBENCHS E CAVES
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1.2.3. WORKBENCHS E CAVES
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1.2.3. WORKBENCHS E CAVES
A CAVE (Cave Automatic Virtual Environment) trata-
se de uma sala cujas paredes, teto e chão são
superfícies de projeção;
A geração de uma perspectiva do usuário em uma
CAVE não é um problema simples e deve ser
calculada com base na posição do usuário, a rotação
sua cabeça e a tela de projeção;
Atualmente, tanto as Workbenchs quanto as CAVEs
são utilizadas nas mais diversas áreas, científicas ou
não, tais como a medicina e a indústria automotiva;
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1.2.3. WORKBENCHS E CAVES
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1.2.3. WORKBENCHS E CAVES
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1.2.3. WORKBENCHS E CAVES
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1.2.3. WORKBENCHS E CAVES
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1.2.3. WORKBENCHS E CAVES
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1.2.3. WORKBENCHS E CAVES
www.emercedesbenz.com/
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1.2.3. WORKBENCHS E CAVES
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1.2.4. DISPOSITIVOS HÁPTICOS
Estimulam senções de tato, tensão, e temperatura;
Existem duas classes de dispositivos hápticos: reação tátil e reação de força;
Reação Tátil: Além da sensação de toque, também oferecem
percepção geométrica, rugosidade, temperatura, atrito.
Reação de Força: Oferecem sensação de força, peso e presão; Usam uma espécie de exoesqueleto mecânico.
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1.2.4. DISPOSITIVOS HÁPTICOS
Sensor ARM
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1.2.4. DISPOSITIVOS HÁPTICOS
Sensable Phantom Omni
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1.2.4. DISPOSITIVOS HÁPTICOS
Sensable Phantom Omni
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2. DISPOSITIVOS DE ENTRADA DE DADOS
Os dispositivos de entrada permitem o
envolvimento do usuário e sua interação com
o ambiente virtual;
Podem ser divididos em duas categorias:
dispositivos de interação e dispositivos de
trajetória;
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2. DISPOSITIVOS DE ENTRADA DE DADOS
Os dispositivos de interação permitem ao
usuário a movimentação e manipulação de objetos
no mundo virtual (mouse, teclado, joysticks).
Já os dispositivos de trajetória, por sua vez,
monitoram partes do corpo do usuário, detectando
seus movimentos e criando a sensação de
presença no mundo virtual (dispositivos de
rastreamento).
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2.1. DISPOSITIVOS DE CONVENCIONAIS DE ENTRADA DE DADOS
Os dispositivos de convencionais de entrada
são periféricos de usabilidade comum,
destinados a usuários comuns e sistemas de
propósito geral;
São eles: teclado, mouse, trackballs,
digitalizadores de mesa (scanners), canetas
digitais e microfones.
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2.2. DISPOSITIVOS NÃO-CONVENCIONAIS DE ENTRADA DE DADOS: RASTREADORES E LUVAS DIGITAIS
Os dispositivos de rastreamento permitem
ao usuário interagir com os objetos da cena
virtual através de comportamentos interativos
de manipulação direta (behaviors);
As luvas digitais também são dispositivos de
entrada e dão suporte aos vários sensores,
mecânicos, óticos, acústicos, inerciais e
magnéticos;
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2.2. DISPOSITIVOS NÃO-CONVENCIONAIS DE ENTRADA DE DADOS: RASTREADORES E LUVAS DIGITAIS
VirtuSphere
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2.2.1. RASTREAMENTO POR CAMPO MAGNÉTICO
O princípio consiste em emitir três impulsos
de rádio que geram um campo magnético;
O usuário tem a mesma configuração de
antenas como o emissor;
A forca global das três antenas do receptor
dará a distância relativa da fonte emissora;
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2.2.1. RASTREAMENTO POR CAMPO MAGNÉTICO
A presença de objetos metálicos na área provoca
interferências na transmissão;
o sistema é restrito a pequenos espaços, no
máximo 3 metros;
Os movimentos são então interpretados por
software;
Alguns modelos podem ainda fornecer feedback;
velocidade de captura varia de 100 a 200 leituras
por segundo.
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2.2.3. RASTREAMENTO MECÂNICO
5DTGlove com sensores magnéticos
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2.2.2. RASTREAMENTO POR CORRELAÇÃO ÓPTICA
Este método utiliza-se de análise estereoscópica,
correlacionando pixels comuns a duas imagens, vistas
por 2 câmeras offset;
Este dispositivo de rastreamento é livre de
interferências;
Sua velocidade depende muito do sensor empregado;
No caso de uma câmera padrão NTSC (National
Television System(s) Committee), a velocidade de
captura de imagens é 30 quadros por segundo.
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2.2.2. RASTREAMENTO POR CORRELAÇÃO ÓPTICA
Vestimenta de nylon
LED emissores
para correlação
Impulse Glove com rastreamento óptico
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2.2.3. RASTREAMENTO MECÂNICO
Este dispositivo baseia-se no princípio de
medição de ângulos e distancias entre
juntas;
Os rastreadores podem estar presos ao chão
ou mesmo anexos ao corpo do usuário, na
forma de exoesqueleto;
Suas vantagens encontram-se na facilidade
de implementação de feedback de força;
Baixo tempo de resposta (200ms).
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Vestimenta de nylon
Sensores de dobra
luva digital com sensores mecânicos
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2.2.4. RASTREAMENTO ACÚSTICO
Utilizam ondas sonoras ultra-sônicas para
medir distância;
utiliza-se apenas um par emissor/receptor
para fornecer a distância de um objeto em
relação a um ponto fixo;
três pares fornecem a posição exata do
periférico;
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2.2.4. RASTREAMENTO ACÚSTICO
Quanto à precisão, o rastreador acústico provê
um atraso devido à espera do sinal, dependente
da baixa velocidade do som;
Paralelamente, o desempenho do dispositivo é
degradado em ambiente ruidoso e sob caminho
obstruído entre os altofalantes e microfones;
Devido a estas restrições de interferência, a
distância entre receptor e transmissor não deve
ultrapassar 15 metros;
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2.2.4. RASTREAMENTO ACÚSTICO
Vestimenta de nylon
Sensores de acústicos
Luva digital com rastreamento acústico
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2.2.5. RASTREAMENTO INERCIAL
Os dispositivos de rastreamento inerciais têm seu
princípio de funcionamento baseados na segunda
lei de Newton;
Possui três variantes de sensores:
os magnetômetros passivos, que medem o campo
magnético do ambiente e fornece medidas angulares;
os girômetros, que fornecem apenas medidas
angulares;
os acelerômetros, que fornecem medidas lineares;
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2.2.5. RASTREAMENTO INERCIAL
Livre de interferências, pois o sistema é auto
contido;
Livre de restrições físicas, limitado apenas
pela conexão entre o dispositivo e o
computador.
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2.2.5. RASTREAMENTO INERCIAL
CyberGlove com sensores inerciais
Vestimenta de nylon ou couro
Sensor Inercial
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REFERÊNCIAS
Extraído do item 1.4 do e-book “APLICAÇÕES DE REALIDADE VIRTUAL E AUMENTADA” disponível em <www.realidadevirtual.com.br> acessado em 20 de jan de 2010.