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Realidad Virtual
Mat. Ma. del Carmen Ramos Nava
M. en C. Miguel Miranda Miranda
Realidad Virtual, DGSCA, UNAM
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¿ Qué es la realidad virtual?
• La Realidad virtual (RV) es una experiencia inmersiva, interactiva y multisensorial generada al simular ambientes reales o imaginarios.
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Realidad Virtual
No es RV
• QuickTime RV• Espacios tridimensionales en web (VRML)• Juegos 3D de consola
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Características
• Realismo visual• Punto de inmersión basado en el usuario• Interacción multisensorial
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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
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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
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Despliegues visuales
• Desktop• Head Mounted Display (HMD)• Arm Mounted Display• Proyección de una pantalla• Proyección alrededor
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DesktopVentajas
• Alta resolución• Interfaz familiar• Hardware común y disponible• Relativamente barato• Fácil instalación• Varios usuarios pueden utilizarlo
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DesktopDesventajas
• Bajo nivel de inmersión• Ángulo de visión pequeño• No hay vista periférica• Rango de movimiento reducido• Problemas con estereoscopía
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Head mountedVentajas
• Mayor ángulo de visión• Buen sentido de inmersión• Rango de movimiento amplio• Modelos de bajo costo• Fácil instalación
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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
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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
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Arm mountedDesventajas
• Movimiento limitado• Solo deja libre un brazo• Inercia provoca mas trabajo• Bajo nivel de inmersión
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Proyección de una pantallaVentajas
• Fácil de compartir• Interface intuitiva• Accesible
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Proyección de una pantallaDesventajas
• No hay vista periférica• Pequeño rango de movimiento• Requiere especiales condiciones de instalación
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Proyección en varias pantallasVentajas
• Alta resolución• Amplio ángulo de visión• Fácil de compartir• No hay aislamiento del espacio real• No necesita recrear objetos reales
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Proyección en varias pantallas
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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
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Sistemas de rastreo
• Electromagnéticos• Mecánicos• Acústicos• Opticos• Procesamiento de imágenes
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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
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Ejemplos: Polhemus 3Space, Ascencion Birds, Flock of Birds
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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.
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Mecánicos
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Mecánicos
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Acústicos
• Utilizan sonido ultrasónico• Micrófonos estacionarios con elementos que se pueden mover y emitan sonidos de alta frecuencia
Ejemplos: Logitech acoustic tracker
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Ópticos
• Combinación de diodos que emiten luz (LEDs), video cámaras y técnicas de procesamiento de imágenes
Desventajas: Retraso, oclusión
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Ópticos
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Procesamiento de imágenes
• Usa video cámaras para capturar imágenes del usuario
Ventajas: No es invasivo
Limitaciones: Problemas de oclusión, complejidad en los algoritmos
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Dispositivos de entrada
• Mouse, joystick• Guantes• Cabinas de autos, bicicletas• Captura de movimientos• Voz
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Dispositivos de entrada
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Dispositivos Sonido
• Localización• Sonificación
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Dispositivos Haptic
• Terreno• Cuerpo• Inercial• Dermal
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Dispositivos Haptic
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Sistemas de cómputo
• Generación de las gráficas de la escena• Control de dispositivos de entrada y salida• Cálculo de la simulación• Cálculo del ambiente
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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
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Herramientas de software para el desarrollo de
aplicaciones de Realidad Virtual
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Necesidades
• Desempeño
• Flexibilidad
• Facilidad de uso
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Capacidades del ambiente
• Multiplataformas• Soporte para hardware VR• Abstracción del hardware• Ambientes distribuidos
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Interfaces, herramientas y lenguajes
• Interfaces de alto y bajo nivel• Interfaces gráficas• Interacción• APIS y lenguajes
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Otros factores
• Extensibilidad• Limitaciones mínimas• Monitoreo del desempeño• Comercial - Investigación
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Software de RV• Alice• OpenSceneGraph ---- Iris Performer• Dvise• Lightning• MR Toolkit• World Toolkit• VR Juggler ----- CAVELib• Virtools • Quest3D
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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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Realidad Virtual
Ixtli: Realidad Virtual como servicio a la comunidad
Académica
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Realidad Virtual
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
Realidad Virtual
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Realidad Virtual
•ONYX 350
PC DUAL
MAC G5
LAPTOP
DVD WR
DVD R
VHS
DVPRO
VIDEO
CONFERENCIA
3 CAMARAS
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Realidad Virtual
CABINA PREPARACIÓN
DEP. VIS.
SALA DE PREPARACIÓN
SALA
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Realidad Virtual
Conexión de RED delPortal IXTLI a RED UNAM
LAN Interna
Gigabite Ethernet
Videoconferencia
RED
UNAM
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Realidad Virtual
• Fondo 3D
• 7 ventanas
• Mover
• Escalar
3 CÁMARAS
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Realidad Virtual
Software RV en Ixtli
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Realidad Virtual
Lista de software• Performer• OpenSceneGraph OpenInventor VrJuggler Amira VR AVS VR Virtools Quest3D Ogre
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Realidad Virtual
Tendencia
Software libre para Realidad Virtual OpenSceneGraph/ Coin3d VrJuggler
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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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Realidad Virtual
Bonampak
Instituto de Investigaciones Estéticas
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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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Realidad Virtual
Aplicando técnicas de RV
• Navegación dentro del sitio arqueológico• Grabación de recorridos preestablecidos• Mostrar diferentes etapas constructivas• Navegación compartida
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Realidad Virtual
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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Realidad Virtual
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
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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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Realidad Virtual
Video Bonampak
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Realidad Virtual
Catalasa
Instituto de Fisiologia Celular
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Realidad Virtual
Objetivo
Visualizar las diferentes estructuras que componen la catalasa y el mecanismo cuando se unen al ocurrir una reacción química
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Realidad Virtual
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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Realidad Virtual
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
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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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Realidad Virtual
Video Catalasa
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Realidad VirtualRealidad Virtual
Aplicaciones
• Entrenamiento• Medicina• Diseño• Arquitectura• Educación• Ambientes compartidos
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Realidad VirtualRealidad Virtual
Entrenamiento
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Medicina
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Realidad VirtualRealidad Virtual
Arquitectura
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Diseño
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Simulación
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Educación
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Ambientes compartidos
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Cluster para Realidad Virtual
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¿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
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¿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
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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)