Realidad virtual

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Realidad virtual

  1. 1. Realidad Virtual Realidad Virtual Mat. Ma. del Carmen Ramos Nava [email_address] M. en C. Miguel Miranda Miranda [email_address] Realidad Virtual, DGSCA, UNAM
  2. 2. Realidad Virtual ¿ Qué es la realidad virtual? <ul><li>La Realidad virtual (RV) es una experiencia inmersiva, interactiva y multisensorial generada al simular ambientes reales o imaginarios . </li></ul>
  3. 3. No es RV <ul><li>QuickTime RV </li></ul><ul><li>Espacios tridimensionales en web (VRML) </li></ul><ul><li>Juegos 3D de consola </li></ul>
  4. 4. Realidad Virtual Características <ul><li>Realismo visual </li></ul><ul><li>Punto de inmersión basado en el </li></ul><ul><li>usuario </li></ul><ul><li>Interacción multisensorial </li></ul>
  5. 5. Realidad Virtual Objetivos en diseño <ul><li>Inmersión </li></ul><ul><li>Interfaces cómodas </li></ul><ul><li>Combinación de objetos reales con </li></ul><ul><li>virtuales </li></ul><ul><li>Retroalimentación: audio, física </li></ul><ul><li>Elementos de navegación y control </li></ul><ul><li>Calidad de despliegue </li></ul><ul><li>Ambientes virtuales compartidos </li></ul><ul><li>Uso: General contra específico </li></ul>
  6. 6. Realidad Virtual Componentes de RV <ul><li>Despliegues visuales </li></ul><ul><li>Sistemas de rastreo </li></ul><ul><li>Dispositivos de entrada </li></ul><ul><li>Sistemas de sonido </li></ul><ul><li>Dispositivos de retroalimentación </li></ul><ul><li>Hardware gráfico y de cálculo </li></ul><ul><li>Herramientas de software </li></ul>
  7. 7. Realidad Virtual
  8. 8. Realidad Virtual Despliegues visuales <ul><li>Desktop </li></ul><ul><li>Head Mounted Display (HMD) </li></ul><ul><li>Arm Mounted Display </li></ul><ul><li>Proyección de una pantalla </li></ul><ul><li>Proyección alrededor </li></ul>
  9. 9. Realidad Virtual Desktop Ventajas <ul><li>Alta resolución </li></ul><ul><li>Interfaz familiar </li></ul><ul><li>Hardware común y disponible </li></ul><ul><li>Relativamente barato </li></ul><ul><li>Fácil instalación </li></ul><ul><li>Varios usuarios pueden utilizarlo </li></ul>
  10. 10. Realidad Virtual Desktop Desventajas <ul><li>Bajo nivel de inmersión </li></ul><ul><li>Ángulo de visión pequeño </li></ul><ul><li>No hay vista periférica </li></ul><ul><li>Rango de movimiento reducido </li></ul><ul><li>Problemas con estereoscopía </li></ul>
  11. 11. Realidad Virtual Head mounted Ventajas <ul><li>Mayor ángulo de visión </li></ul><ul><li>Buen sentido de inmersión </li></ul><ul><li>Rango de movimiento amplio </li></ul><ul><li>Modelos de bajo costo </li></ul><ul><li>Fácil instalación </li></ul>
  12. 12. Realidad Virtual Head mounted Desventajas <ul><li>Interfaz no natural y poco cómoda </li></ul><ul><li>Distorsiones </li></ul><ul><li>Demasiado peso </li></ul><ul><li>Aislamiento del mundo real </li></ul><ul><li>Se necesita modelar gráficamente objetos reales </li></ul><ul><li>Dificultad de manipular los objetos reales </li></ul><ul><li>No es fácil de compartir </li></ul>
  13. 13. Realidad Virtual Arm mounted Ventajas <ul><li>Mayor resolución (CTRs) </li></ul><ul><li>Grandes ángulos de visión </li></ul><ul><li>Entrar y salir del ambiente de una </li></ul><ul><li>forma de fácil y rápida </li></ul><ul><li>No es pesado </li></ul><ul><li>No hay retrasos al rastrear la </li></ul><ul><li>posición </li></ul><ul><li>Fácil de instalar </li></ul>
  14. 14. Realidad Virtual Arm mounted Desventajas <ul><li>Movimiento limitado </li></ul><ul><li>Solo deja libre un brazo </li></ul><ul><li>Inercia provoca mas trabajo </li></ul><ul><li>Bajo nivel de inmersión </li></ul>
  15. 15. Realidad Virtual Proyección de una pantalla Ventajas <ul><li>Fácil de compartir </li></ul><ul><li>Interface intuitiva </li></ul><ul><li>Accesible </li></ul>
  16. 16. Realidad Virtual Proyección de una pantalla Desventajas <ul><li>No hay vista periférica </li></ul><ul><li>Pequeño rango de movimiento </li></ul><ul><li>Requiere especiales condiciones de </li></ul><ul><li>instalación </li></ul>
  17. 17. Realidad Virtual Proyección en varias pantallas Ventajas <ul><li>Alta resolución </li></ul><ul><li>Amplio ángulo de visión </li></ul><ul><li>Fácil de compartir </li></ul><ul><li>No hay aislamiento del espacio real </li></ul><ul><li>No necesita recrear objetos reales </li></ul>
  18. 18. Realidad Virtual Proyección en varias pantallas
  19. 19. Realidad Virtual Proyección en varias pantallas Desventajas <ul><li>Requiere amplios espacios </li></ul><ul><li>Oclusión </li></ul><ul><li>Ajuste de las paredes </li></ul><ul><li>Calibración precisa de los proyectores </li></ul><ul><li>Software y hardware complejo para </li></ul><ul><li>coordinar todas las pantallas </li></ul><ul><li>Requiere varias salidas gráficas </li></ul>
  20. 20. Realidad Virtual Sistemas de rastreo <ul><li>Electromagnéticos </li></ul><ul><li>Mecánicos </li></ul><ul><li>Acústicos </li></ul><ul><li>Opticos </li></ul><ul><li>Procesamiento de imágenes </li></ul>
  21. 21. Realidad Virtual Electromagnéticos <ul><li>Elementos estacionarios emiten </li></ul><ul><li>campos magnéticos </li></ul><ul><li>Los sensores se colocan sobre el </li></ul><ul><li>usuario y reportan posición y </li></ul><ul><li>orientación respecto a la fuente </li></ul><ul><li>Están sujetos a interferencia en el </li></ul><ul><li>ambiente </li></ul>
  22. 22. Realidad Virtual Ejemplos: Polhemus 3Space, Ascencion Birds, Flock of Birds
  23. 23. Realidad Virtual Mecánicos <ul><li>Estructuras rígidas con diferentes </li></ul><ul><li>uniones. Un extremo es fijado a algún </li></ul><ul><li>lugar y el otro extremo al objeto para </li></ul><ul><li>ser rastreado. Los ángulos nos dicen la </li></ul><ul><li>posición y la orientación. </li></ul><ul><li>Desventajas: Movimiento es restringido por el rango del extremo de la estructura. </li></ul>
  24. 24. Realidad Virtual Mecánicos
  25. 25. Realidad Virtual Mecánicos
  26. 26. Realidad Virtual Acústicos <ul><li>Utilizan sonido ultrasónico </li></ul><ul><li>Micrófonos estacionarios con elementos </li></ul><ul><li>que se pueden mover y emitan sonidos </li></ul><ul><li>de alta frecuencia </li></ul><ul><li>Ejemplos: Logitech acoustic tracker </li></ul>
  27. 27. Realidad Virtual
  28. 28. Realidad Virtual Ópticos <ul><li>Combinación de diodos que emiten luz </li></ul><ul><li>(LEDs), video cámaras y técnicas de </li></ul><ul><li>procesamiento de imágenes </li></ul><ul><li>Desventajas: Retraso, oclusión </li></ul>
  29. 29. Realidad Virtual Ópticos
  30. 30. Realidad Virtual Procesamiento de imágenes <ul><li>Usa video cámaras para capturar </li></ul><ul><li>imágenes del usuario </li></ul><ul><li>Ventajas: No es invasivo </li></ul><ul><li>Limitaciones: Problemas de oclusión, complejidad en los algoritmos </li></ul>
  31. 31. Realidad Virtual
  32. 32. Realidad Virtual Dispositivos de entrada <ul><li>Mouse, joystick </li></ul><ul><li>Guantes </li></ul><ul><li>Cabinas de autos, bicicletas </li></ul><ul><li>Captura de movimientos </li></ul><ul><li>Voz </li></ul>
  33. 33. Realidad Virtual Dispositivos de entrada
  34. 34. Realidad Virtual Dispositivos Sonido <ul><li>Localización </li></ul><ul><li>Sonificación </li></ul>
  35. 35. Realidad Virtual Dispositivos Haptic <ul><li>Terreno </li></ul><ul><li>Cuerpo </li></ul><ul><li>Inercial </li></ul><ul><li>Dermal </li></ul>
  36. 36. Realidad Virtual Dispositivos Haptic
  37. 37. Realidad Virtual Sistemas de cómputo <ul><li>Generación de las gráficas de la escena </li></ul><ul><li>Control de dispositivos de entrada y </li></ul><ul><li>salida </li></ul><ul><li>Cálculo de la simulación </li></ul><ul><li>Cálculo del ambiente </li></ul>
  38. 38. Realidad Virtual Configuraciones Actuales <ul><li>PC con aceleradores gráficos </li></ul><ul><li>Estaciones de trabajo con un </li></ul><ul><li>procesador </li></ul><ul><li>Estaciones de trabajo con varios </li></ul><ul><li>Procesadores </li></ul><ul><li>C ú mulo de computadoras </li></ul><ul><li>Estaciones de trabajo conectados en </li></ul><ul><li>una red rápida a una supercomputadora </li></ul>
  39. 39. Realidad Virtual Herramientas de software para el desarrollo de aplicaciones de Realidad Virtual
  40. 40. Realidad Virtual Necesidades <ul><li>Desempeño </li></ul><ul><li>Flexibilidad </li></ul><ul><li>Facilidad de uso </li></ul>
  41. 41. Realidad Virtual Capacidades del ambiente <ul><li>Multiplataformas </li></ul><ul><li>Soporte para hardware VR </li></ul><ul><li>Abstracción del hardware </li></ul><ul><li>Ambientes distribuidos </li></ul>
  42. 42. Realidad Virtual Interfaces, herramientas y lenguajes <ul><li>Interfaces de alto y bajo nivel </li></ul><ul><li>Interfaces gráficas </li></ul><ul><li>Interacción </li></ul><ul><li>APIS y lenguajes </li></ul>
  43. 43. Realidad Virtual Otros factores <ul><li>Extensibilidad </li></ul><ul><li>Limitaciones mínimas </li></ul><ul><li>Monitoreo del desempeño </li></ul><ul><li>Comercial - Investigación </li></ul>
  44. 44. Realidad Virtual Software de RV <ul><li>Alice </li></ul><ul><li>OpenSceneGraph ---- Iris Performer </li></ul><ul><li>Dvise </li></ul><ul><li>Lightning </li></ul><ul><li>MR Toolkit </li></ul><ul><li>World Toolkit </li></ul><ul><li>VR Juggler ----- CAVELib </li></ul><ul><li>Virtools </li></ul><ul><li>Quest3D </li></ul>
  45. 45. Realidad Virtual Perspectivas <ul><li>Dispositivos de interacción natural </li></ul><ul><li>Ambientes compartidos en tiempo real </li></ul><ul><li>Mayor acceso a ambientes virtuales </li></ul><ul><li>Costo de equipo bajo </li></ul><ul><li>Comunicaciones más rápidas </li></ul>
  46. 46. Ixtli: Realidad Virtual como servicio a la comunidad Académica
  47. 47. Dimensiones: 140 o 8.90 de longitud 2.55 de Altura 42 asientos 3 Proyectores 2000 Lumens 3520 x 1024 pixeles Dolby Surround 5.1 3 c á maras Sistema de rastreo Realidad Virtual
  48. 48. <ul><li>ONYX 350 PC DUAL MAC G5 LAPTOP DVD WR DVD R VHS DVPRO VIDEO CONFERENCIA 3 CAMARAS </li></ul>
  49. 49. CABINA PREPARACIÓN DEP. VIS. SALA DE PREPARACIÓN SALA
  50. 50. Conexi ó n de RED del Portal IXTLI a RED UNAM LAN Interna Gigabite Ethernet Videoconferencia RED UNAM
  51. 51. <ul><li>Fondo 3D </li></ul><ul><li>7 ventanas </li></ul><ul><li>Mover </li></ul><ul><li>Escalar </li></ul>3 C Á MARAS
  52. 52. Software RV en Ixtli
  53. 53. Lista de software <ul><li>Performer </li></ul><ul><li>OpenSceneGraph </li></ul><ul><li>OpenInventor </li></ul><ul><li>VrJuggler </li></ul><ul><li>Amira VR </li></ul><ul><li>AVS VR </li></ul><ul><li>Virtools </li></ul><ul><li>Quest3D </li></ul><ul><li>Ogre </li></ul>
  54. 54. Tendencia <ul><li>Software libre para Realidad Virtual </li></ul><ul><li>OpenSceneGraph/ Coin3d </li></ul><ul><li>VrJuggler </li></ul>
  55. 55. Por qué software libre ? <ul><li>Podemos modificarlo y crear nuevas bibliotecas que se requieran en nuestras aplicaciones </li></ul><ul><li>Las aplicaciones desarrolladas pueden usarse en otros sitios ( RV de bajo costo) </li></ul>
  56. 56. Bonampak <ul><li>Instituto de Investigaciones Est éticas </li></ul>
  57. 57. <ul><li>Bonampak es parte del proyecto “La Pintura </li></ul><ul><li>Mural en México” </li></ul><ul><li>Objetivo: </li></ul><ul><li>Crear ambientes virtuales de los sitios </li></ul><ul><li>arqueológicos que poseen pinturas murales </li></ul><ul><li>para su estudio y conservación </li></ul>
  58. 58. Aplicando técnicas de RV <ul><li>Navegación dentro del sitio arqueológico </li></ul><ul><li>Grabación de recorridos preestablecidos </li></ul><ul><li>Mostrar diferentes etapas constructivas </li></ul><ul><li>Navegación compartida </li></ul>
  59. 59. Hardware. <ul><li>Sala Ixtli </li></ul><ul><li>Navegación con teclado y mouse o con sistema de rastreo (Tracking system) </li></ul><ul><li>PC, sistema de RV estéreo pasivo </li></ul>
  60. 60. Software <ul><li>Performer y VrNav </li></ul><ul><li>¿Por qué se seleccionó este software? </li></ul><ul><li>Performer es un grafo de escena </li></ul><ul><li>Performer soporta multiprocesamiento y multidespliegue en SGI </li></ul><ul><li>vrNav esta basado en Vrjuggler </li></ul>
  61. 61. Software <ul><li>¿Por qué se seleccionó este software? (continua) </li></ul><ul><li>Vrjuggler gestiona todos los dispositivos de un sistema RV </li></ul><ul><li>Vrjuggler permite la fácil migración de una aplicación a diferentes sistemas RV </li></ul><ul><li>vrNav incluye navegación, grabación de recorridos y navegación compartida </li></ul><ul><li>vrNav y Vrjuggler es código libre </li></ul>
  62. 62. Video Bonampak
  63. 63. Catalasa <ul><li>Instituto de Fisiologia Celular </li></ul>
  64. 64. Objetivo <ul><li>Visualizar las diferentes estructuras que componen la catalasa y el mecanismo cuando se unen al ocurrir una reacción química </li></ul>
  65. 65. Porque en RV? <ul><li>En un espacio con profundidad es posible ver y analizar la formas en que estan compuestas las estructuras </li></ul><ul><li>Ayuda al entendimiento del comportamiento de esta proteína </li></ul>
  66. 66. Software utilizado <ul><li>AMIRA VR </li></ul><ul><li>Los modelos de la proteína lo obtienen en archivos pdb </li></ul><ul><li>Amira permite incluir los dispositivos para el despliegue y manipulacion con los objetos </li></ul>
  67. 67. Hardware utilizado <ul><li>El desarrollo de la aplicación se realiz ó en máquinas PC/Linux </li></ul><ul><li>La aplicación para los investigadores se ejecuta en la máquina SGI /Onyx , con sistema de tracking </li></ul>
  68. 68. Video Catalasa
  69. 69. Realidad Virtual Aplicaciones <ul><li>Entrenamiento </li></ul><ul><li>Medicina </li></ul><ul><li>Diseño </li></ul><ul><li>Arquitectura </li></ul><ul><li>Educación </li></ul><ul><li>Ambientes compartidos </li></ul>
  70. 70. Realidad Virtual Entrenamiento
  71. 71. Realidad Virtual Medicina
  72. 72. Realidad Virtual Arquitectura
  73. 73. Realidad Virtual Diseño
  74. 74. Realidad Virtual Simulación
  75. 75. Realidad Virtual Educación
  76. 76. Realidad Virtual Ambientes compartidos
  77. 77. Cluster para Realidad Virtual
  78. 78. ¿Por qué clusters en RV? <ul><li>Son baratos </li></ul><ul><li>Ofrecen gran poder de cómputo </li></ul><ul><li>Su arquitectura es muy flexible </li></ul><ul><li>Tarjetas de video en PCs son cada vez más potentes y rápidas </li></ul><ul><li>Crece el interés en desarrollar software para cluster en RV </li></ul>
  79. 79. ¿Qué problemas existen? <ul><li>Separación y sincronización de procesos en los nodos del cluster </li></ul><ul><li>La sincronía de las tarjetas de vídeo en el multidespliegue </li></ul><ul><li>El manejo de los dispositivos </li></ul>
  80. 80. Software para cluster <ul><li>OpenSceneGraph </li></ul><ul><li>OpenSG </li></ul><ul><li>Chromium </li></ul><ul><li>Amira VR </li></ul><ul><li>Virtools </li></ul><ul><li>Syzygy </li></ul>
  81. 81. Aplicaciones para colaboración en red
  82. 82. Aplicaciones <ul><li>Comunicar grupos de trabajo localizados en sitios remotos </li></ul><ul><li>Creación de ambientes virtuales colaborativos </li></ul><ul><li>Creación de laboratorios virtuales </li></ul><ul><li>Museos interactivos </li></ul><ul><li>Aplicaciones en Internet 2 </li></ul>
  83. 83. Retos <ul><li>Manejo del ancho de banda </li></ul><ul><li>Sincronización en el ambiente </li></ul><ul><li>Interacción simultánea </li></ul><ul><li>Integración con videoconferencia, multimedios, etc. </li></ul>
  84. 84. Software <ul><li>VrNav </li></ul><ul><li>CaveRNSoft </li></ul><ul><li>Quanta </li></ul><ul><li>Avango </li></ul>
  85. 85. Comportamientos en RV
  86. 86. Objetivos <ul><li>Crear un esquema de trabajo en la creacion de ambientes virtuales dinamicos </li></ul><ul><li>Minimizar el tiempo de desarrollo de los mismos </li></ul>
  87. 87. Propuesta <ul><li>Utilizar la especificacion de x3d para la creación de mundos virtuales </li></ul><ul><li>Integrar las acciones-reacciones de estos mundos, dentro del API de desarrollo de software libre OpenSceneGraph o coin3D </li></ul><ul><li>Tener la metodología para la creación y manejo de personajes ( Cal3D) </li></ul>

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