Realidade Virtual

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The man with glasses of virtual reality. Future technology concept. Modern imaging technology. Fragmented by pixels.

Este projeto de pesquisa justifica-se pela necessidade de mostrar que a realidade virtual é uma forma de podermos visualizar, manipular e interagir com o computador, e como ela vem evoluindo ao longo do tempo nas mais diversas áreas do conhecimento. Uma vantagem é a transferência do nosso mundo real para a manipulação do mundo virtual. Vários são os benefícios que ela nos trás, como por exemplo, as implementeções em medicina e educação facilitando diagnósticos, cirúrgias e o aprendizado.

Objetivos:

Analisar e mostrar essa forma de interação, que a medida com que avançamos no tempo ganha uma significante importância não só na área da computação.

– fazer uma pesquisa sobre a definição da realidade virtual;
– Verificar em que áreas e quais as implementações que são realizadas em realidade virtual;
– Conhecer como funciona a realidade virtual e sua história;
– Verificar as implementações que estão sendo elaboradas.

Referencial Teórico

Definição da realidade virtual?

Com a expansão das comunicações em realidade uma nova sociedade está surgindo ao lado da sociedade real. Trata-se da sociedade virtual. Seu território é o ciberespaço e o seu tempo é o virtual. Também é chamada de RV, a realidade virtual envolve um usuário em um ambiente criado por computador, a fim de que ele interaja com esse ambiente. Pode ser também definida como a forma mais avançada de interface do usuário de computador até agora disponível. Com aplicação na maioria das áreas do conhecimento e com um grande investimento das indústrias na produção de hardware e software a realidade virtual vem experimentando um grande desenvolvimento e indicando perspectivas promissoras. É a forma das pessoas visualizarem, manipularem e interagirem com computadores e dados extremamente complexos.

A história da realidade virtual

A introdução do cinerama e cinemascope, em meádos da década de 50 é considerada uma das primeiras experiências em obtenção de realismo artificial. Em 1956, Morton Heiling (um cineasta) desenvolveu um simulador baseado em vídeo denominado sensorama, que permitia ao usuário expôr-se a uma combinação de visão tridimensional, som estéreo, vibrações, sensação de vento e de aroma em um passeio simulado de motocicleta por Nova Yok. Embora o invento não tinha sido sucesso comercial ele foi o precursor da imersão de usuário em um ambiente sintético. Em 1961, Comeau e Bryan descreveram o primeiro sistema de circuíto fechado de televisão com o visor montado num capacete, produzido pela philco. O sistema tinha um rastreador de posições no capacete e permitia ao usuário controlar remotamente uma câmera de televisão a partir dos seus movimentos da cabeça.

Em 1968 Ivan Sutherland construiu, na universidade de Harvard, o primeiro capacete de visualização com imagens geradas por computador, incorporando um sitema de rastreamento da posição da cabeça. Esse trabalho é considerado por muitos como o marco inicial da imersão em ambiente virtual e início da realidade virtual. Em 1977 e 1982 apareceram as primeiras luvas desenvolvidas respectivamente pelo grupo levado por Dan Sandin Richard Soyre e Thomas Zimmerman para serem acoplados a computadores, e, em 1987, a empresa VPL Research Inc, da qual Zimmerman foi um dos fundadores colocou pela primeira vez produtos de realidade virtual no mercado com a comercialização da luva Data Glove. Em seguida, a empresa também passou a vender um capacete de visualização chamado Eye Phones. A partir daí o avanço nas pesquisas vêm provocando um crescimento em realidade virtual e uma redução nos preços.

Funcionamento da realidade virtual

A interface envolve um controle tridimensional altamente interativo de processos computacionais. O usuário entra no espaço virtual das aplicações e visualiza, manipula e explora os dados das aplicações em tempo real, usando seus sentidos, particularmente os movimentos do corpo. Apresenta imagens que respondem de imediato aos movimentos da pessoa. A parte visual é feita usando computadores e equipamentos ópticos que transmitem aos olhos do usuário uma cena tridimensional em cores vívidas. A fonte da cena é um banco de dados usado por um computador potente para exibir imagens gráficas. O sistema de realidade virtual pode sentir os movimentos da cabeça e do corpo do usuário por meio de cabos ligados ao capacete e a luva utilizados pelo usuário, ou seja, sensores no corpo do usuário enviam sinais ao computador, o qual ajusta a cena visualizada pelo usuário. Um sistema de realidade virtual permite que um ou mais usuários se movam e reajam em um ambiente simulado por computador.

Simulações em realidade virtual exigem dispositivos especiais que transmitem imagens, sons e sensações do mundo simulado para o usuário. Esses dispositivos podem também gravar e enviar a fala e os movimentos dos participantes para o programa de simulação, permitindo aos usuários perceberem e manipularem objetos virtuais da mesma maneira como objetos reais. Esse estilo natural de interação dá aos participantes a sensação de estarem imersos no mundo simulado.

Para ver um mundo virtual, o usuário usará um visor (HMD-Head-Mounted Display) com teclas direcionadas para o olho, contém um analisador de posições para monitorar a posição a cabeça do usuário e a direção para onde ele está olhando, um computador gera imagens do mundo virtual e apresenta essas imagens no HMD. As cenas de mundo virtual, devem ser simples para que o computador possa atualizar as imagens rapidamente. Os usuários ouvem sons no mundo virtual por fones de ouvidos. As informações registradas também são usadas para atualizar os sinais de áudio. A interface háptica, que proporciona a sensação do toque e outras sensações físicas, é a menos desenvolvida e a mais difícil de criar. Com uma luva e um monitor de posições, o computador localiza a mão do usuário e mede os movimentos dos dedos. O usuário pode manipular objetos, entretanto, é difícil gerar as sensações, por exemplo, de quando uma pessoa bate em uma superfície dura.

Um sistema de realidade virtual envolve estudos e recursos ligados com percepção, hardware, software, interface do usuário, fatores humanos e aplicações. Para elaboração de sistemas de realidade virtual é necessário ter algum domínio sobre: dispositivos não convencionais de entrada e saída, computadores de alto desempenho a boa capacidade gráfica, sistemas paralelos e distribuídos, modelagem geométrica tridimensional, simulações em tempo real, navegação, detecção de colisões, impacto social, projeto de interfaces e aplicações simples e distribuídas em diversas áreas.

A realidade virtual pode ser considerada como a junção de três idéias: imersão está ligada com o sentimento de estar dentro do ambiente), interação( está ligada com a capacidade do computador de detectar as entradas do usuário e modificar instântaneamente o mundo virtual e as ações sobre ele) e desenvolvimento( está ligada com o grau de motivação para o engajamento de uma pessoa com determinada atividade, pode ser passivo ou ativo). A principal característica de um sistema de realidade virtual é o envolvimento humano através da imersão sensorial.

As formas de realidade virtual são a imersiva baseada no uso de capacetes ou salas de projeções nas paredes, e a não imersiva baseada no uso de monitores utilizando todas as vantagens da evolução da indústria de computadores, evita as limitações e problemas do uso de capacetes, fácil de usar.

Os tipos de sistemas de realidade virtual não convencionais são a telepresença ( situação onde uma pessoa está em um ambiente real que está separado fisicamente da pessoa no espaço, consiste de um usuário uma intarface homem-máquina, um telerobô e um ambiente remoto), sistemas de realidade virtual ( consiste de um usuário, uma interface homem-máquina e um computador, o usuário participa do mundo virtual, usando dispositivos de percepção e controle), sistemas de realidade aumentada ( combinação do ambiente real com o virtual, é obtido mesclando-se sistemas de telepresença e realidade virtual, utiliza-se de óculos ou capacete com visor semitransparente), e sistema de realidade melhorada ( é uma variação do sistema de realidade aumentada, onde um sistema de processamento de imagens gera informações adicionais para serem sobrepostas á imagem real.

Os modelos de interação associados a ambientes virtuais podem ser de um único usuário que pode ser de quatro maneiras, como espectador, com participação real, com participação simulada e sem participação ou de vários usuários que pode ocorrer de três maneiras, comunicação entre usuários, compartilhar o ambiente virtual e realizar trabalho cooperativo no mundo real através do ambiente virtual compartilhado. A modelagem dos mundos virtuais define as características dos objetos, a modelagem geométrica abrange a descrição das formas dos objetos virtuais, a cinemática é usada junto com a geométrica para conseguir animação e a física é usada para obtenção de realismo nos mundos virtuais. Também é possível modelar o comportamento dos objetos independentes do usuário, como relógio, calendário, termômetro e outros agentes inteligentes independentes, acessando quando necessário alguns sensores externos.

Um sistema de realidade virtual de grande porte é caro e complexo, em função de todos os recursos envolvidos. A interface deve gerar imagens animadas suaves para capacetes de visualização, visando manter a característica de imersão e deve reagir rapidamente as ações do usuário, deve fornacer suporte para distribuir uma aplicação em diversos processadores, é necessário um mecanismo eficiente de comunicação de dados e é necessário algum mecanismo de avaliação de desempenho de realidade virtual. Em Engenharia de Software as aplicações deverão ter facilidades para execução em diversas instalações, deverá ter capacidade de acomodar novos dispositivos, o sistema deverá ajustar-se a diferentes configurações de localização física do usuário e de seus dispositivos e permitir a utilização de ambientes de desenvolvimento diferente.

Para a definição de um sistema de realidade virtual precisa-se uma definição das aplicações, caracterização da imersão, avaliação dos dispositivos de visualização, avaliação de outros dispositivos, estabelecimento das capacidades de rastreamento, avaliação do conjunto de recursos e capacidades, seleção do sistema de realidade virtual e seleção do hardware.

A adaptação de dispositivos e o desenvolvimento de software adequado as limitações dos microcomputadores propiciaram o surgimento de aplicações para plataformas baseadas em microcomputadores, e as plataformas para estações de trabalho são voltadas para as mais variadas aplicações, devem ser compostas com interfaces e dispositivos adequados. Alguns softwares podem ser obtidos pela internet como: REND 386, VR 386 e AVRIL, para microcomputadores e MRTOOLKIT para estações de trabalho. Algumas linguagens de programação para elaboração de realidade virtual são:

OPEN GL, JAVA 3D, X3D, VRML( Virtual Reality Modeling Language ou Linguagem para Modelagem em Relidade Virtual- é uma linguagem independente da plataforma que permite a criação de cenários 3D, por onde se pode passear, visualizar objetos por ângulos diferentes e interagir com eles. A última versão é a moving worls VRML 2.0 tem como objetivo dar suporte necessário para o desenvolvimento de mundos virtuais tridimensionais multiusuários na internet, sem precisar de redes de alta velocidade).

Exemplos de programas de realidade virtual são Sketchup, Ton Studio, ICIDO, Vis Concept, Subd.

Em que áreas a realidade virtual é aplicada?

A realidade virtual pode ser aplicada nas mais diversas áreas do conhecimento, a visualização científica ( de superfícies, túnel de vento virtual, síntese molecular, etc), médica e em saúde ( simulação cirúrgica, saúde virtual, ensino de anatomia, etc), arquitetura e projeto ( CAD, decoração, projeto de artefatos, etc), educação ( laboratórios virtuais, educação a distância, etc), entretenimento ( tênis virtual, jogos, etc), treinamento ( simuladores de vôo, planejamento de operações militares, etc), artes ( pintura, música, etc), contorle da informação ( visualização financeira, informação visual, etc), telepresença e telerobótica ( contole de sistemas remotos, teleconferência, professor virtual, etc).

Um exemplo de aplicação de realidade virtual em medicina é o de cirurgiões na França que efetuaram a primeira operação coronária a peito fechado. Em vez de abrir o peito do paciente e quebrar suas costelas, os cirurgiões usuram um sitema de realidade virtual que lhes permitiu operar por três buracos de meia polegada entre as costelas do paciente. Eles inseriram tubos finos até a área da operação para proteger os outros tecidos corpóreos. Três braços foram então inseridos pelos tubos. Um para uma câmera tridimensional, os outros dois para duas mãos mecânicas com diversas ferramentas cirúrgicas. O sistema de realidade virtual imitava os mivimentos dos ombros, cotovelos e pulsos dos cirurgiões. Os cirurgiões se colocavam em uma estação de trabalho distante da mesa de operação e moviam instrumentos que controlavam as ferramentas cirúrgicas dentro do paciente.

Os instrumentos dentro do paciente imitavam os movimentos das mãos dos cirurgiões com tanta percisão que era possível cortar uma artéria coronariana fina como um fio de cabelo. Os cirurgiões observaram seu progresso em uma tela que ampliava a artéria em uma imagem tridimensional do tamanho de uma mangueira de jardim. Um outro exemplo de realidade virtual aplicada na medicina é a de um simulador de coleta de medula óssea para transplante utilizando recursos de realidade virtual como sistemas de reação tátil e sistemas acoplados de projeção de imagens estereoscópicas. O simulador apresenta três módulos principais: visualização, palpação e coleta. O sistema foi desenvolvido tendo como plataforma um computador pessoal e o sistema operacional Windows. Toda a programação foi feita utilizando as linguagens C++, Open GL e a API Ghost (específica para o dispositivo háptico).

O simulador consiste em um ambiente contendo um modelo virtual da região pélvica onde é possível tocar e sentir o modelo durante a manipulação de uma agulha virtual, representada pelo dispositivo háptico, sentindo as características dos tecidos (dureza, elasticidade, rugosidade e densidade). O sistema final pretende substituir os atuais procedimentos de treinamento, sendo que deve ainda incorporar recursos de avaliação de desempenho e destreza do usuário perante a realização do respectivo procedimento.

Na educação a realidade virtual é usada para apresentar novos e exitantes recursos para a sala de aula. Na Universidade da Carolina do Norte, EUA, cientistas da computação desenvolveram um programa que o usuário percorrer uma galeria de arte.

O usuário coloca um monitor adaptado a cabeça que focaliza o olhar em uma tela e se fecha do resto do mundo. Se o usuário inclinar a cabeça para a direita, as imagens na parede direita entrarão em seu campo de visão, e assim, o usuário pode visualizar qualquer parte da galeria apenas fazendo movimentos de cabeça. Outro exemplo na educação é o de um professor virtual é um sistema que permite ao professor ser transportado para uma sala de aula remota e receber as informações da classe, podendo interagir com os alunos como se estivesse presente. Para isso serão utilizadas técnicas de realidade virtual, e em especial a telepresença. Além disso, o sistema oferecerá ferramentas adicionais que aumentarão as possibilidades de interação como por exemplo, a identificação dos alunos (crachá virtual), prontuários e experimentos virtuais (laboratórios virtuais). O projeto Professor Virtual possui dois modelos de implementação.

Enquanto no primeiro a sala de aula é real, no segundo além do professor a sala de aula também é virtual onde cada aluno poderá conectar-se ao sistema remotamente.

Em turismo e marketing a realidade virtual oferece exatamente exposições para propriedades e atrai clientes potenciais. Os clientes podem fazer um passeio virtual por propriedades, e os passeios podem ser enviados por correio ou pela internet.

Em entretenimento diversos filmes usam essa tecnologia para fazer realismo. Ryan Patterson, um estudante de 17 anos em Colorado, EUA, desenvolveu uma luva de realidade virtual para traduzir linguagens de sinais em texto em uma tela fina de computador pessoal.

Alguns incovenientes nas aplicações de realidade virtual.

Existe também algumas aplicações ainda em desenvolvimento como, consumidores podendo pesquisar produtos em uma vitrine virtual, apenas usando uma adaptação a cabeça, um guarda de segurança pode patrulhar corredores e escritórios em localizações remotas entre outras.

Alguns usuários enfrentam o mal do simulador, apesar de saberem que a experiência não é real. Os desenvolvedores de realidade virtual se defrontam com custos desanimadores esses entre outros são alguns incovenientes nas aplicações de realidade virtual.

Alguns exemplos de aparelhos usados na ralidade virtual são:

– Capacete- VFX1- é um exemplo de capacete cuja sua principal característica é que podem ser estereoscópicos ou monoscópicos: 1 ou 2 cenas. Binoculares ou monoculares:

1 o 2 olhos estimulados. Opacos ou translúcidos: substituem ou complementam a realidade objetiva.

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