Tehnici de Realitate Augumentata Si Virtuala [PDF]

Zitiervorschau

Realitatea Virtuala & Augumentata Arhitectura Sistemelor de Calcul Ungur Andrei Raducu Florin Silisteanu Vlad Istrate Florinel -----------------

Grupa 123A

Cuprinsul Prezentarii Capitole de baza: 1. Stadiul actual ○

Sisteme hardware

○

Arhitecturi software

○

Implementari

2. Sinteza Temei 3. Observatii proprii si concluzii 4. Bibliografie

STADIUL ACTUAL AL VR

1

In zilele noastre, realitatea virtuala a depasit pragul de speculatii si hype si are din ce in ce mai multe aplicatii concrete. Realitatea virtuală (expresie provenită din engleză de la Virtual reality sau VR) se referă la ambianțe artificiale create pe calculator care oferă o simulare a realității atât de reușită, încât utilizatorul poate căpăta impresia de prezență fizică aproape reală, atât în anumite locuri reale, cât și în locuri imaginare.

Pentru a simula cat mai real ambianta necesara, au fost inventate o serie de aparate: -platforme virtuale in care utilizatorul se poate deplasa fizic; -simulare de antrenare a pilotilor; -platforme pentru jocuri electronice etc. Realizarea tuturor acestora este însă îngreuiată de stadiul tehnologic actual: ar fi necesare procesoare și mai rapide, rezoluții grafice și mai mari, capacități de comunicație și mai înalte decât cele existente, și toate acestea la un preț acceptabil.

„Virtual Reality will become something everyone wants before it becomes something everyone can afford. “Oculus VR founder Palmer Luckey 

In ultimii ani, scenariile de lucru s-au diversificat. Cateva domenii in care aplicatiile VR sunt cele mai utilizate in prezent: a. Producție și proiectare. b. Educație și pregătire profesională. c. Arhitectură și construcții. d. Comerț (online și retail). e. Real estate.

1.1 Sisteme Hardware – Componentele sistemelor de realitate virtuala Un sistem VR este format din 2 subsisteme majore, hardware și software. Hardware-ul poate fi împărțit în continuare în computer sau motor VR și dispozitive I/O, în timp ce software-ul poate fi împărțit în software de aplicație și bază de date, așa cum este ilustrat mai jos. Hardware pentru sistem de realitate virtuală: Componentele majore ale hardware-ului sunt motorul VR sau sistemul informatic, dispozitivele de intrare și dispozitive de ieșire.

Proceedings of the 2nd International Conference On Systems Engineering and Modeling (ICSEM-13) Published by Atlantis Press, Paris, France. © the authors, 2013 0922

Dispozitivele de intrare sunt mijloacele prin care utilizatorul interacționează cu lumea virtuală. Ele trimit semnale către sistem despre acțiunea utilizatorului, astfel încât să ofere reacții adecvate înapoi la utilizator prin dispozitivele de ieșire în timp real. În sistemele VR, motorul VR sau sistemul informatic trebuie selectat în funcție de cerința cererii. Afișarea grafică și generarea de imagini sunt unele dintre cele mai importante factori și sarcini consumatoare de timp într-un sistem VR. Alegerea motorului VE depinde de câmpul de aplicație, utilizatorul, dispozitivele I/O, nivelul de imersie și ieșirea grafică necesară, din moment ce este responsabil cu calcularea și generarea modelelor grafice, redarea obiectelor, iluminarea, cartografierea, texturare, simulare și afișare în timp real. Computerul se ocupă și de interacțiunea cu utilizatorii și servește ca interfață cu dispozitivele I/O. Dispozitivele de ieșire primesc feedback de la motorul VR și îl transmit utilizatorilor prin dispozitivele de ieșire corespunzătoare pentru a stimula simțurile. Clasificările posibile ale dispozitivele de ieșire bazate pe simțuri sunt: grafică (vizual), audio (aural), haptic (contact sau forță), miros si gust.

1.2 Arhitecturi Software ● Software și soluții de redare a arhitecturii VR ● Integrare directă VR în software-ul CAD Enscape este singurul care este integrat direct în software-ul CAD. Integrarea permite o experiență directă a modelului CAD cu un singur clic. Aplicația de realitate virtuală oferă cele mai bune rezultate fără efort suplimentar și este soluția preferată pentru toate cazurile de utilizare, în care aveți nevoie doar de un computer. Nu trebuie să așteptați câteva săptămâni și nu trebuie să cheltuiți o sumă de cinci cifre pentru a crea o prezentare. În plus, ușurința în utilizare marchează vizualizarea integrată, precum Enscape, drept soluția cu cel mai mare potențial pentru viitor. ● VR cu un motor de joc Modelele CAD pot fi, de asemenea, exportate în motoare de randare cunoscute din industria jocurilor pe calculator. Avantajul acestei soluții este calitatea, care se apropie de calitatea unei randări fotorealiste. Cu toate acestea, procesul de creare a unei astfel de realități virtuale necesită îndemânare și efort, precum și timp. Acest lucru are ca rezultat prețuri mult mai mari.

1.3 Implementari Realitatea virtuală (VR) este o tehnologie care oferă un mediu interactiv generat de computer, de obicei cu un scenariu în schimbare dinamică în care se poate vedea și se mișcă. VR simulează prezența fizică a unui utilizator într-o lume creată artificial și le permite să interacționeze cu acel mediu virtual [4]. Cele mai multe aplicații și soluții VR se concentrează pe industriile de jocuri și comerciale, deoarece aceste zone oferă cele mai mari grupuri de destinatari ai căștilor VR. Cu toate acestea, posibilitățile realității virtuale nu se termină cu jocurile. Creșterea dinamică și interesul pentru subiectul realității virtuale au făcut-o aplicabilă în multe alte domenii, cum ar fi aplicațiile militare, psihologice, medicină și didactice. Sa constatat că utilizarea tehnologiilor informației și comunicațiilor îmbunătățește atitudinea elevilor față de învățare. Mai mult, realitatea virtuală joacă un rol important în procesul de predare, oferind modalități interesante și antrenante de a obține informații. Poate ajuta profesorii să explice probleme complexe datorită naturii sale grafice combinate cu o abordare explorativă, interacțiuni fizice și interfețe intuitive.

Dispozitivul prevăzut pentru proiect a fost HTC VIVE. HTC și Valve Corporation au dezvoltat acest echipament de realitate virtuală, prima lansare a produsului având loc pe 5 aprilie 2016. Acest dispozitiv (vezi Figura 2) este compus din:

Căști conectate prin fir - cuprinzând un ecran, două lentile și un set de detectoare: giroscop, accelerometru și detectoare de poziție cu laser. Pe acest set cu cască, distanța dintre ambele lentile pentru ochi poate fi ajustată, permițând adaptarea la diferite tipuri și forme de față. Există o mufă pentru căști, o cameră frontală pentru a vedea mediul extern fără a scoate căștile și un microfon care poate fi folosit în timpul jocurilor multiplayer sau a apelurilor telefonice printr-o conexiune Bluetooth la un telefon mobil. Controlere wireless - cu un număr de butoane programabile, un touchpad și senzori precum giroscop, accelerometru și detectoare de poziție cu laser. Faruri - emit lasere cu infraroșu pulsat (IR) pentru a detecta poziția setului cu cască și a controlerelor. Aceste dispozitive pot fi amplasate în colțul zonei folosite pentru simulare și pot acoperi o suprafață de 12,25 m2. Cutie conector - pentru a conecta setul cu cască la computer sau la televizor [7]. Pentru mai multe informații, vă rugăm să consultați site-ul web HTC Vive: https://www.htcvive.com.  

Pentru a dezvolta mediul virtual al prototipului Unity 3D - Game Engine a fost folosit. Acesta a fost considerat cel mai potrivit software pentru a crea aplicații VR [2]. Limbajele de programare folosite pentru dezvoltare au fost JavaScript și C#. Pentru a proiecta și dezvolta toate obiectele virtuale necesare în scenele virtuale a fost folosit software-ul 3ds Max. Scenariul pentru instrument a inclus cinci etape: 1. Tutorial Comenzi - Ideea acestei etape a fost de a oferi utilizatorului un tutorial, care să ilustreze modul de utilizare a comenzilor HTC VIVE în realitate virtuală. Aceasta include afișarea pentru ce este folosit fiecare buton de pe telecomandă și cum să navigați prin meniurile de selecție. 2. Primul meniu - Meniul are imaginea unui laborator, unde utilizatorul poate selecta aparatul la alegere. În scopul acestui proiect, o mașină de spălat și componentele acesteia au fost în centrul atenției (vezi Figura 3). Pentru selecție, dispozitivul a fost evidențiat și selectabil.

Figure 3 3D model of washing machine in 3ds Max

Capturi de ecran a meniului eșantion

1. Mediu de învățare și predare VR pe un exemplu de mașină de spălat și componentele acesteia– Selectați tipul de activitate - În această etapă, utilizatorul poate selecta o activitate, o componentă sau un fenomen despre care să învețe. 2. Miezul aplicației - O simulare interactivă VR (Figura 1) pentru învățarea și predarea conceptelor mecanice și electrice, cum ar fi: construcția unui dispozitiv și a componentelor sale individuale, definirea operațiilor de principiu, toate descrierile matematice și fizice necesare, toate modelele matematice și fenomene fizice esențiale pentru simularea și vizualizarea dispozitivelor în acțiune.

Exemple de căști VR/AR

•Google Cardboard

•Google Daydream

Gear VR

•Oculus Rift

•Microsoft’s HoloLens HoloLens de la Microsoft oferă o experiență AR unică în mai multe moduri. Utilizatorul nu este blocat din lumea reală; pot vedea în continuare lumea din jurul lor (alți oameni, birouri, scaune și așa mai departe) prin optica semitransparentă a HMD. HoloLens scanează mediul utilizatorului și creează o reprezentare 3D a spațiului respectiv. Acest lucru permite hologramelor din HoloLens să interacționeze cu obiectele din cameră. Personajele holografice pot sta pe canapele din cameră, peștii pot evita picioarele mesei, ecranele pot fi amplasate pe pereții din cameră și așa mai departe. Sistemul este complet wireless. Este singurul dispozitiv de urmărire a poziției disponibil comercial care este wireless. Computerul este integrat în HMD cu puterea de procesare care se află între un smartphone și un computer pregătit pentru VR. Utilizatorul poate merge, nelegat, în zone de până la 30 m x 30 m. În timp ce pot fi utilizate un controler Xbox și un controler proprietar cu un singur buton, interacțiunea principală cu HoloLens este prin comenzi vocale și două gesturi din mâna utilizatorului (Selectare și Du-te înapoi). Diferența finală este că hologramele apar doar într-un câmp vizual relativ îngust. Deoarece utilizatorul poate vedea în continuare alte persoane, fie împărtășind aceleași proiecții holografice sau nu, utilizatorii pot interacționa între ei întrun mod mai natural:

2. Sinteza temei Realitatea virtuală (VR), o nouă tehnologie informatică, are un potențial incredibil în domeniul educației. Motivul pentru această afirmație este că educația este un domeniu care cere studenților să înțeleagă date complexe, în special în studiul științei (vezi „De ce este știința greu de învățat?” de Millar) iar VR face această sarcină mai ușoară. VR prezintă informații într-o formă tridimensională, participantul vizând lumea din interiorul lumii (un punct de vedere imersat) cu capacitatea de a interacționa cu informațiile sau lumea.

“The believability of virtuality is oft superior to the unrealness of reality” – Vineet Raj Kapoor

3. Observatii proprii si Concluzii  In cadrul proiectului, am descoperit ca Realitatea Virtuală este un mediu fictiv creat prin utilizarea tehnologiei care a permis crearea de experiențe reale în creierul și simțurile noastre.  Ea completează golurile care sunt prezentate de alte moduri de comunicare făcând posibilă utilizarea tehnologiei pentru a crea experiențe reale în viața umană. Realitatea virtuală este experimentată în diferite domenii, iar viitorul ei este dictat de performanța sa.

Bibliografie ●

●

● ●

●

[1] Nguyen V.T., Dang T., Setting up virtual reality and augmented reality learning environment in Unity, In: Mixed and Augmented Reality (ISMARAdjunct), 2017 IEEE International Symposium on (9-13 October 2017, Nantes, France), 2017, 315-320Search in Google Scholar [2] Chatterjee S., Chopella V., and Reddy P., Automated Restructuring of Contents for Virtual Labs, In: Technology for Education (T4E), 2013 IEEE Fifth International Conference on (18-20 December 2013, Kharagpur, India), 2013, 51-52Search in Google Scholar [3] Bowman D.A., McMahan R.P., Virtual reality: How much immersion is enough?, Computer, 2007, 40(7), 36–43.Search in Google Scholar [4] T.H. Dani and G. Rajit, Virtual Reality - A New Technology for the Mechanical Engineer In:Mechanical Engineers’ Handbook, 2nd ed., ed. Meyer Kutz. John Wiley & Sons, Inc., New York,1998, pp. 319-327[2] A. B Craig, R. S William and D. W Jeffrey, Developing Virtual Reality Applications:Foundations of Effective Design, Morgan Kaufmann Publishers, Burlington, 2009 [5] J. Isdale, What Is Virtual Reality? A Web-Based Introduction, Version 4, Information onhttp://vr.isdale.com/WhatIsVR/frames/WhatIsVR4.1.html