Desarrollo de una aplicación de Realidad Aumentada para simulación de moléculas

Desarrollo de una aplicación de Realidad Aumentada para simulación de moléculas Escuela Técnica Superior de Ingeniería Informática PROYECTO FI"AL DE CARRERA Realizado por: Dirigido por: Domingo Sánchez Blázquez M. Carmen Juan Lizandra RESUMEN........................................................................................................................5 CAPITULO 1. MOTIVACIÓN Y OBJETIVOS DEL PROYECTO.................................7 1.1. Introducción...........................................................................................................7 1.2 Objetivos.................................................................................................................9 1.3 Estructura del proyecto...........................................................................................9 CAPÍTULO 2. INTRODUCCIÓN A REALIDAD AUMENTADA Y APLICACIONES PARA APRENDIZAJE, EN ESPECIAL DE QUÍMICA................................................11 2.1 Realidad Aumentada, conceptos...........................................................................11 2.2 Tipos de Realidad Aumentada..............................................................................12 2.3 Campos de aplicación...........................................................................................14 2.3.1 Medicina:.......................................................................................................14 2.3.2 Entretenimiento.............................................................................................15 2.3.3 Psicología......................................................................................................17 2.3.4 Área Militar...................................................................................................18 2.3.5 Diseño industrial...........................................................................................20 2.3.6 Robótica y telerrobótica................................................................................21 2.3.7 Fabricación, mantenimiento y reparación.....................................................22 2.3.8 Arquitectura y construcción..........................................................................24 2.3.9 Diseño de consumo.......................................................................................25 2.3.10 Enseñanza....................................................................................................27 CAPÍTULO 3: Programas de Modelado Molecular........................................................31 3.1 Introducción..........................................................................................................31 3.2 Exposición de las aplicaciones..............................................................................31 Abalone..................................................................................................................31 AutoDock...............................................................................................................34 Amira......................................................................................................................37 Ascalaph Graphics.................................................................................................42 Ascalaph Designer.................................................................................................44 Amber / Amber Tools.............................................................................................47 Avogadro................................................................................................................49 BOSS......................................................................................................................52 Maestro...................................................................................................................55 BALLView.............................................................................................................58 CAPITULO 4: Uso de ARToolKit e inclusión de moléculas..........................................60 4.1 Introducción..........................................................................................................60 4.2 Análisis de las herramientas a utilizar...................................................................60 4.2.1 ARToolKitVRML..........................................................................................60 4.2.1 Microsft Visual Studio 2005.........................................................................61 4.2.3 BALLView....................................................................................................62 4.2.4 DirectX, DirectShow.....................................................................................62 4.3 Trabajando con Microsoft Visual Studio 2005, BALLView y ARToolKit...........64 4.3.1 La cámara......................................................................................................64 4.3.2 Creación de Moléculas..................................................................................64 4.3.3 Búsqueda de marcas: Cálculo de la matriz de transformación......................65 4.3.4 Calibración de la cámara...............................................................................68 4.3.4.1 Calibrando por ARToolKit.....................................................................68 4.3.4.2 Calibrando mediante programa externo................................................69 4.3.5 Creación de patrones.....................................................................................70 4.3.6 Creación de la Aplicación de Realidad Aumentada......................................72 4.3.6.1 Main.......................................................................................................73 4.3.6.2 Init..........................................................................................................73 4.3.6.3 Mainloop................................................................................................74 2.3.6.4 Draw......................................................................................................76 2.3.6.5 Cleanup..................................................................................................77 4.3.7 Requisitos mínimos.......................................................................................79 CAPITULO 5 Conclusiones y trabajos futuros...............................................................81 5.1 Conclusiones.........................................................................................................81 5.2 Trabajos futuros....................................................................................................81 Capitulo 6 Bibliografía....................................................................................................82 Glosario...........................................................................................................................86 Desarrollo de una aplicación de Realidad Aumentada para simulación de moléculas RESUMEN El objetivo principal de este proyecto es desarrollar y evaluar un sistema de RA (Realidad Aumentada) enfocado a la química, bioquímica, farmacia, y ámbito molecular para facilitar el aprendizaje de las distintas proteínas o elementos químicos y orgánicos por parte de estudiantes tanto de educación media como educación superior. Lo que se pretende es facilitar el estudio de la composición, estructura y propiedades de la materia, como los cambios que esta experimenta durante las reacciones químicas y su relación con la energía. Las disciplinas de la química han sido agrupadas por la clase de materia bajo estudio o el tipo de estudio realizado. Entre estas se tienen la química inorgánica que estudia la materia inorgánica; la química orgánica que trata con la materia orgánica; la bioquímica el estudio de substancias en organismos biológicos; la físico-química comprende los aspectos energéticos de sistemas químicos a escalas macroscópicas, moleculares y atómicas; la química analítica que analiza muestras de materia tratando de entender su composición y estructura. Otras ramas de la química han emergido en tiempos recientes, por ejemplo, la neuroquímica que estudia los aspectos químicos del cerebro. La ubicuidad de la química en las ciencias naturales hace que sea considerada como una de las ciencias básicas. La química es de gran importancia en muchos campos del conocimiento, como la ciencia de materiales, la biología, la farmacia, la medicina, la geología, la ingeniería y la astronomía, entre otros. Los procesos naturales estudiados por la química involucran partículas fundamentales (electrones, protones y neutrones), partículas compuestas (núcleos atómicos, átomos y moléculas) o estructuras microscópicas como cristales y superficies. Desde el punto de vista microscópico, las partículas involucradas en una reacción química pueden considerarse como un sistema cerrado que intercambia energía con su entorno. En procesos exotérmicos, el sistema libera energía a su entorno, mientras que un proceso endotérmico solamente puede ocurrir cuando el entorno aporta energía al sistema que reacciona. En la gran mayoría de las reacciones químicas hay flujo de energía entre el sistema y su campo de influencia, por lo cual podemos extender la definición de reacción química e involucrar la energía cinética (calor) como un reactivo o producto. Es común que entre las comunidades académicas de químicos la química analítica no sea considerada entre las subdisciplinas principales de la química y sea vista más como parte de la tecnología química. Otro aspecto notable en esta clasificación es que la química inorgánica sea definida como "química no orgánica". La gran importancia de los sistemas biológicos hace que en nuestros días gran parte del trabajo en química sea de naturaleza bioquímica. Entre los problemas más interesantes se encuentran, por ejemplo, el estudio del desdoblamiento de las proteínas y la relación entre secuencia, estructura y función de proteínas. Si hay una partícula importante y representativa en la química es el electrón. RESUMEN Página 5 Desarrollo de una aplicación de Realidad Aumentada para simulación de moléculas Uno de los mayores logros de la química es haber llegado al entendimiento de la relación entre reactividad química y distribución electrónica de átomos, moléculas o sólidos. Los químicos han tomado los principios de la mecánica cuántica y sus soluciones fundamentales para sistemas de pocos electrones y han hecho aproximaciones matemáticas para sistemas más complejos. La idea de orbital atómico y molecular es una forma sistemática en la cual la formación de enlaces es entendible y es la sofisticación de los modelos iniciales de puntos de Lewis. La naturaleza cuántica del electrón hace que la formación de enlaces sea entendible físicamente y no se recurra a creencias como las que los químicos utilizaron antes de la aparición de la mecánica cuántica. Aun así, se obtuvo gran entendimiento a partir de la idea de puntos de Lewis. La RA consiste en fusionar imagen real con objetos virtuales. Es decir, el usuario está viendo el mundo real y superpuesto visualiza imágenes virtuales. Permitiendo así añadir información a la escena que el usuario no podría observar con sus propios sentidos. En este proyecto los dispositivos que se pretende utilizar son dispositivos de uso y adquisición común, accesibles a cualquier entidad académica, ordenador portátil o de sobremesa y una webcam que frecuentemente ya vienen integradas. Para desarrollar aplicaciones de RA en PCs existen herramientas libres como por ejemplo: ARToolKit [Kato99], OsgART, ImageTclAR, MXRToolkit, etc. Como resultado, con estas herramientas se pueden obtener aplicaciones de alto nivel para el desarrollo rápido sin necesidad de conocimientos dedicados a programación y dichas herramientas. En este caso, para desarrollar el presente proyecto se utilizará una versión ampliada de ARToolKit, ARToolKit con soporte VRML (ARToolKitVRML 2.65). Para la creación de moléculas, proteínas o lo que se quiera mostrar utilizaremos un programa de edición molecular. Actualmente hay un gran abanico de aplicaciones de ámbito químico/molecular dedicados a la creación de fármacos, proteínas o estudio de moléculas orgánicas, inorgánicas, viendo su comportamiento e interacción con un medio acuoso o intermolecular. Como se puede imaginar el ámbito de estas aplicaciones va desde el simple visor a el más específico desarrollo para su estudio energético. Por ese motivo se dedica un capítulo al análisis y comparación de un conjunto de los programas más completos y genéricos que se pueden encontrar. Este proyecto desarrollará una aplicación de RA. Este tipo de aplicaciones se puede utilizar para enseñar estructuras básicas, explicar las Fuerzas de Campo, de Amber o Dock. También sirve como un método eficaz de examen, entrenamiento ante el estudio de un conjunto de moléculas; el usuario final no tiene dudas de cómo es la molécula que a de identificar, porque la vé en 3D, el examinador tiene la seguridad de que el alumno no sabe que se le va a plantear, pues el dispondría las plantillas. RESUMEN Página 6 Desarrollo de una aplicación de Realidad Aumentada para simulación de moléculas CAPITULO 1. MOTIVACIÓN Y OBJETIVOS DEL PROYECTO 1.1. Introducción «La química implica estudiar las propiedades y el comportamiento de la materia. La materia es el material físico del universo; es cualquier cosa que tiene masa y ocupa espacio. Incontables experimentos han demostrado que la enorme variedad de la materia en nuestro mundo se debe a combinaciones de apenas poco más de un ciento de sustancias muy básicas o elementales, llamadas elementos. La química también proporciona antecedentes para entender las propiedades de la materia en términos de átomos, los bloques de construcción casi infinitesimalmente pequeños de la materia. Los átomos se pueden combinar para formar moléculas, en las que dos o más átomos se unen en estructuras especificas.»[Theodore03] Al ser la química la ciencia que trata de la constitución, no hay ninguna rama de la ciencia que posea una extensión tan amplia e incluso, un examen cuidadoso del contenido de todas ellas revela que la química tiene una relación estrecha con cualquier ciencia particular. Así, la biología incluye el estudio de las transformaciones químicas que ocurren en las minúsculas células integrantes del organismo vivo durante los procesos de digestión y crecimiento; la geología constituye un prodigioso lienzo natural en el que se muestran los cambios químicos verificados en las rocas durante las diversas eras geológicas; la física se ocupa de las distintas formas de energía, pero los efectos de la energía sobre la materia son casi siempre de naturaleza química; y la astronomía se apoya en la química al buscar información acerca de la estructura y constitución de los astros. En la figura 1 se puede ver el alcance de la química en nuestro mundo. Figura 1: Visión global de la química en nuestro entorno La primera finalidad de la química es averiguar cómo los materiales pueden identificarse o distinguirse, por las substancias de que están formados los objetos. La química no está interesada en las propiedades accidentales o atributos tales como el tamaño y la forma sino en las propiedades específicas de la clase de materia que pueden reconocerse en cualquier cuerpo formado por ella. Así, por ejemplo, una moneda de plata, una copa de plata y un electrodo de plata difieren en tamaño, forma, utilidad e incluso aspecto estético, pero desde el punto de vista químico son CAPITULO 1. MOTIVACIÓN Y OBJETIVOS DEL PROYECTO Página 7 Desarrollo de una aplicación de Realidad Aumentada para simulación de moléculas esencialmente lo mismo al estar formados por el mismo metal, la plata. Al contemplar nuestro mundo material se observan incesantes cambios en los que unos cuerpos desaparecen y se transforman en otros distintos. Estos cambios o transformaciones se conocen como reacciones químicas. Muchas veces no nos interesamos en las nuevas substancias que se originan en las reacciones químicas sino en la energía producida en las mismas. Así, quemamos carbón en el hogar, no para obtener las cenizas, ni para utilizar el dióxido de carbono, sino para aprovechar el calor desprendido en su combustión. El estudio de las reacciones químicas, es la segunda finalidad de la química. El objeto final de la química es el de la constitución de la materia, puesto que este conocimiento permite identificar y diferenciar las substancias, comprender sus propiedades y establecer su comportamiento frente a otras clases de substancias o bajo la acción de cualquier forma de energía. La química no se limita al estudio de las substancias, se extiende su finalidad al descubrir incesantemente nuevas substancias que no se encuentran en la naturaleza y cuyas propiedades y aplicaciones las hacen en muchísimos casos de incalculable valor. [SanFrutos03] La química permite obtener un entendimiento importante de nuestro mundo y su funcionamiento. Se trata de una ciencia eminentemente práctica que tiene una influencia enorme sobre nuestra vida diaria. De hecho, la química está en el centro de muchas cuestiones que preocupan a casi todo mundo: el mejoramiento de la atención médica, la conservación de los recursos naturales, la protección del entorno, la satisfacción de nuestras necesidades diarias en cuanto a alimento, vestido y albergue. Con la ayuda de la química, hemos descubierto sustancias farmacéuticas que fortalecen nuestra salud y prolongan nuestra vida. Hemos aumentado la producción de alimentos mediante el desarrollo de fertilizantes y plaguicidas. Hemos creado plásticos y otros materiales que se usan en casi todas las facetas de nuestra vida. Desafortunadamente, alguno productos químicos también pueden dañar nuestra salud o el entorno. Nos conviene, como ciudadanos educados y consumidores, entender los profundos efectos, tanto positivos como negativos, que las sustancias químicas tienen sobre nuestra vida, y encontrar un equilibrio sobre su uso. No obstante la química es un componente obligatorio en muchas carreras como biología, ingeniería, agrónomos, geología, o muchas otras. [Theodore03] Por otra parte, la enseñanza es un campo que siempre ha preocupado a la sociedad, intentando mejorar su nivel educativo y facilitando la misma para que sea accesible a todo el mundo. Una manera de mejorar la enseñanza es la integración de nuevas tecnologías, facilitando la comprensión de las materias. Dentro de estas tecnologías encontramos la RA. Una ventaja educativa, es la disponer de libros de texto con plantillas para RA integradas, permitiendo al alumno ampliar el aprendizaje de la estructura estudiada. Además se puede mostrar animaciones o interactuar con el objeto tridimensional. Quizá una de las aplicaciones más conocidas de RA en la educación sea el proyecto Magic Book del grupo activo HIT de Nueva Zelanda. El alumno lee un libro real a través de un visualizador de mano y ve sobre las páginas contenidos virtuales. Así el alumno ve una escena de RA y le ayuda a introducirse dentro de la escena y experimentarla en un entorno virtual inmersivo [ Woods02 ]. La figura 2 muestra el CAPITULO 1. MOTIVACIÓN Y OBJETIVOS DEL PROYECTO Página 8 Desarrollo de una aplicación de Realidad Aumentada para simulación de moléculas Magic Book y sus aplicaciones en la enseñanza de materias como los volcanes y el sistema solar. Figura 2 El «Magic Book» y sus aplicaciones de educación. Universidades como Universidad Politécnica de Valencia (UPV), Massachusetts Institute of Technology (MIT) o Harvard están desarrollando en sus programas y grupos de educación aplicaciones de RA en formato de juegos; buscan involucrar a los estudiantes en situaciones que combinan experiencias del mundo real con información adicional que se les presenta en sus dispositivos móviles. Se han creado juegos como «Environmental Detectives» que utiliza PDA con sistema GPS y el juegos de interior «Mystery @ The Museum» que se basa en la tecnología Wi-Fi [ Klopfer08 ]. No sólo se han creado juegos, sino que ya hay aplicaciones y libros comerciales como LearAR o LarnGear, enfocados a la enseñanza y la química. Aplicación de LarnGear Aplicación de LearnAR 1.2 Objetivos Dirigido a la educación, el objetivo principal de este proyecto es el desarrollo de un sistema de RA que permita realizar una simulación de moléculas. Con dicha aplicación de RA se facilitará la comprensión y la enseñanza de nuevos compuestos químicos, de reacciones moleculares, y síntesis de medicinas. 1.3 Estructura del proyecto Este proyecto se ha dividido en seis capítulos más la bibliografía y glosario •El primero de ellos, motivación y objetivos del proyecto, nos muestra las posibilidades de la RA, de la necesidad de la química, de los tipos de química existentes, y de su uso en el mundo real, los objetivos que se han marcado y dónde se enmarca el sistema desarrollado. CAPITULO 1. MOTIVACIÓN Y OBJETIVOS DEL PROYECTO Página 9 Desarrollo de una aplicación de Realidad Aumentada para simulación de moléculas jugador llevaba en sus primeras versiones unos 14 kilogramos de peso, y cuesta unos 20000 euros. A partir de un plano del sitio donde se va a jugar, se ha creado un escenario para poder jugarlo con el juego. Después se han trasladado los inputs del sistema RA al juego. El resultado final es poder jugar al Quake con una inmersión mayor y la sensación de que ocurre en la realidad [ Thomas00] . En la figura 8 (a) se puede observar como un jugador de ARQuake utiliza el sistema HMD y una pistola de juego, en la figura 8 (b) se ve la aplicación en acción, y en la figura 8 (c) se ve a los creadores de ARQuake con el sistema de display y mochila. Fig. 8 (a): Jugador Fig. 8 (b): Vista subjetiva Fig. 8 (c): Los creadores Un último ejemplo es «ARhrrr» en el que se sobrevuela una ciudad infestada de zombis. Se ha de liquidar zombis intentando que no mueran los pocos supervivientes que quedan, los zombis atacarán a los civiles, y también lanzaran objetos con los que intentan matar al jugador. Es un juego de RA que necesita un teléfono móvil con un mínimo de requisitos y un mapa donde se creará la acción [ AEL09 ]. En la figura 9 (a) se puede observar la perspectiva que aprecia el jugador en el movil, y una imagen del jugador utilizando Arhrrr, en la figura 9 (b) se ve una escena del juego donde se aprecian zombis, escenario y parametros del juego como puntos vida,... Fig. 9 (a): PJ y perspectiva subjetiva Fig. 9 (b): Escena del juego Por último se muestra otro juego de RA en el que se va interactuando con cubos con marcas en sus lados, lo que muestra el sistema es una habitación dentro del cubo con las mismas dimensiones, puede tener escaleras, puertas y diferentes niveles cada marca de un cubo muestra una habitación interconectada, además se puede interactuar con más cubos. Por último aparece en la primera habitación una persona e inclinando el CAPÍTULO 2. INTRODUCCIÓN A REALIDAD AUMENTADA Y APLICACIONES PARA APRENDIZAJE, EN ESPECIAL DE QUÍMICA. Página 16 Desarrollo de una aplicación de Realidad Aumentada para simulación de moléculas cubo se desplaza en un sentido u otro, al cruzar una puerta cambia de habitación y algunas habitaciones conectan con otros cubos. Así pues, hay que llevar al personaje de la salida a la llegada. En la figura 10 (a) se ven tres cubos juntos con la visualización de 3 habitaciones interconectadas. En la figura 10 (b) se ve como inclinando el cubo el personaje se dirige a un extremo de la habitación y así conseguir cambiar de habitación [Oliver09]. Fig. 10 (a): Tres habitaciones juntas Fig. 10 (b): Interacción jugador juego 2.3.3 Psicología En el campo de la psicología cabe destacar el trabajo desarrollado en la Universidad Politécnica de Valencia por Juan, Alcañiz, Monserrat, Botella, Baños, y Guerrero, que es pionero en el desarrollo de sistemas de RA para el tratamiento de distintos trastornos psicológicos. Se presenta un sistema de RA para el tratamiento de fobias a animales pequeños como cucarachas y arañas (Figura 11), iniciado con un proyecto final de carrera en la facultad de informática de la UPV, realizado por el alumno César Carrión Villaplana en el año 2004. Esta aplicación se probó con pacientes reales que, después de alrededor de una hora de tratamiento con este sistema, fueron capaces de interactuar y matar animales reales. Se realizaron otras dos versiones de este sistema, uno con marcas invisibles y otro mediante un HMD óptico. Ambos sistemas se evaluaron para presencia, ansiedad y juicio de la realidad con usuarios sin fobia [Juan05; Juan06a; Juan07; Pérez07]. También se desarrollaron dos sistemas de RA para el tratamiento del miedo a las alturas (Figura 12), evaluados de igual forma que los trabajos anteriores; el primero de ellos incluye, como elementos virtuales, fotografías inmersivas; en el segundo los elementos virtuales están mezclados con el entorno real de una habitación, simulando que el suelo se cae y las paredes se elevan. El sistema de fotos navegables se comparó con un entorno real, mientras que el segundo se comparó con un sistema de realidad virtual con las mismas características (habitación real modelada) [ Juan06b ; Pérez07]. CAPÍTULO 2. INTRODUCCIÓN A REALIDAD AUMENTADA Y APLICACIONES PARA APRENDIZAJE, EN ESPECIAL DE QUÍMICA. Página 17 Desarrollo de una aplicación de Realidad Aumentada para simulación de moléculas Fig. 11 a) Primer sistema de RA para tratar fobias a insectos Fig. 11 b) Sistema de RA sin marcas Fig. 11 c) Sistema de RA mediante HMD óptico Fig. 12:a) Usuario inmerso en un sistema CAVE para tratar el vertigo Fig. 12 b) Sistema de RA con tratamiento de vertigo 2.3.4 Área Militar El área por antonomasia de la RA ha sido siempre el ámbito militar, ya que es dónde más se usa, y desde hace más tiempo, se puede decir que los albores se fraguaron en el ejército. La información en sus inicios era para facilitar datos de navegación, se reflejaba en cristales para que el piloto tuviera toda lo que necesitaba mientras pilotaba, como latitud, longitud, inclinación, horizonte, brújula, presión, … Una de las primeras aplicaciones que se diseño fué «Head Up Displays» para los aviones de combate, sobre una pieza de vidrio transparente se proyecta toda la información necesaria para el piloto, que se superpone sobre la vista hacia el exterior. Ello permite seguir simultáneamente lo que ocurre en el exterior del avión y tener a mano todos los datos de la aviónica sin desviar la mirada. En la figura 13 (a) se puede ver el visor que se coloca en el cristal delantero del avión. Uno de los primeros aviones con este dispositivo fue el TSR-2 (1965), figura 13 (b). CAPÍTULO 2. INTRODUCCIÓN A REALIDAD AUMENTADA Y APLICACIONES PARA APRENDIZAJE, EN ESPECIAL DE QUÍMICA. Página 18 Desarrollo de una aplicación de Realidad Aumentada para simulación de moléculas Fig. 13(a): Visor de RA para aviones Fig. 13 (b): Avión TSR.2 Otra aplicación más moderna y en continuo desarrollo es el Body Wearable Computer (BWC). Puede tener controlada en todo momento la posición de sus compañeros, consultar mapas del terreno, calcular y adjudicarse objetivos, recibir órdenes precisas, … No ocupa espacio ya que va incorporado a la ropa o el cuerpo. En la figura 14 se puede ver a un soldado equipado con un sistema BWC, tiene sensores en la ropa, visor en el casco para mostrarle información, y una mochila con lo necesario para el sistema, como un equipo de comunicaciones, un GPS, brujula. Fig. 14: Soldado equipado con BWC Esta aplicación está integrada dentro del conjunto llamado Land Warrior que tuvo tres objetivos principales: la mejora de la letalidad de un soldado individual, el aumento de la supervivencia de un soldado, proporcionar órdenes, comunicaciones y control a un soldado. Land Warrior tuvo siete subsistemas principales: arma, conjunto integrado del casco, ropa de protección y equipo, ordenador, navegación, radio, software del sistema. Actualmente las características del sistema Land Warrior incluyen: Facilitar la identificación de combate del soldado en ruta y la recarga de suministro para reducir los incidentes de 'fuego amigo', y Commander's Digital Assistant herramienta de planificación [Army09] Se han desarrollado muchas herramientas para los aviones de combate con RA, una de las más destacadas por su utilidad es la de visión nocturna, ya que permite sobre la imagen real realizar mejoras en tiempo real, que permite ver claramente el entorno, además se le añade información relevante a la misión como pueden ser objetivos o CAPÍTULO 2. INTRODUCCIÓN A REALIDAD AUMENTADA Y APLICACIONES PARA APRENDIZAJE, EN ESPECIAL DE QUÍMICA. Página 19 Desarrollo de una aplicación de Realidad Aumentada para simulación de moléculas lineas de tiro, poner a los aviones enemigos pintados de rojo o a los aliados pintado en verde. En la figura 15 se muestra la vista que obtiene el piloto desde avión F35 con tecnología (Northrop grumman) de visión nocturna y localización de objetivos sobre un campo de entrenamiento al atardecer. Fig. 15: Visión desde F35 Otro gran proyecto ha sido el desarrollado por la Armada de Estados Unidos, el cual consistía en un sistema de RA para la navegación de sus barcos durante situaciones climatológicamente adversas. Este sistema permitía a la persona bajo los mandos de la nave tener un rápido conocimiento de la situación bajo este tipo de condiciones (Figuras 16 (a) y (b)). Algunos estudios realizados indicaban que la habilidad de los usuarios para llevar a cabo complicadas maniobras de navegación bajo este tipo de situaciones desfavorables mejoraba considerablemente mediante la utilización de este sistema. Actualmente este tipo de tecnología está intentando ser trasladada a los barcos no militares. De momento sólo se ha experimentado en yates, pero se cree que estos sistemas revolucionarán por completo la navegación y que llegarán a convertirse en elementos tan habituales en los barcos como lo son los radares o las cartas de navegación [Benton04]. Figura 16 (a) - Navegación durante un día soleado Fig. 16 (b) - Navegación durante un día con niebla. 2.3.5 Diseño industrial Generalmente la utilidad de la RA en este sector, ha estado más relacionada a facilitar el entendimiento de los proyectos a los clientes. Permite ver un modelo CAPÍTULO 2. INTRODUCCIÓN A REALIDAD AUMENTADA Y APLICACIONES PARA APRENDIZAJE, EN ESPECIAL DE QUÍMICA. Página 20 Desarrollo de una aplicación de Realidad Aumentada para simulación de moléculas completo de lo que se le presentará al cliente aun sin poderle mostrar nada más que una parte de forma real. De esta manera, el modelo físico diseñado sería proyectado en 3D al cliente, permitiéndole contemplarlo de una manera mucho más realista. Y, además, se permitiría la interacción en tiempo real con elementos del diseño para que se pudieran hacer los ajustes y cambios necesarios en la estructura del mismo. Como ejemplo podemos tomar cualquiera de las imágenes que aparecen a continuación y que tratan sobre el diseño de automóviles. En la figura 17, podemos ver el despiece de un coche en todas sus partes, y cómo sería montado. En la figura 18 apreciamos el modelo de una furgoneta con distintos tipos de frontales [Matysczok02]. Figura 17 despiece del modelo iQ de Toyota Figura 18: Diseño de furgoneta consultando distintos frontales 2.3.6 Robótica y telerrobótica El manejo de un robot es a menudo complicado, especialmente cuando el robot se encuentra muy lejos y además existen retrasos en la llegada de la comunicación. En lugar de manejar el robot directamente, es mejor manejar una versión virtual, en primer lugar se especifican las acciones manipulando la versión local virtual en tiempo real. Una vez se decide cuáles son las acciones, el usuario puede llevar a cabo el mismo procedimiento con el robot real. Las versiones virtuales pueden predecir los efectos de manipular el entorno, ayudando así al operador a comprobar si sus acciones llevaran a cabo la tarea deseada. La figura 19 muestra ejemplo de una tarea simulada para un brazo mecánico de un robot, la figura 20 muestra el recorrido de un robot a lo largo de una nave, comprobando antes de su activación si se bloqueará con alguna parte de la nave CAPÍTULO 2. INTRODUCCIÓN A REALIDAD AUMENTADA Y APLICACIONES PARA APRENDIZAJE, EN ESPECIAL DE QUÍMICA. Página 21 Desarrollo de una aplicación de Realidad Aumentada para simulación de moléculas [Azuma97]. Fig. 19 (a): Las líneas rojas (virtuales) muestran el posible movimiento del brazo del robot Fig. 20 (b): Se ve la operatividad del robot antes de poner el sistema en la nave. 2.3.7 Fabricación, mantenimiento y reparación Cuando los técnicos de mantenimiento tengan que reparar o cambiar una determinada pieza de un equipo, en lugar de ojear distintos manuales de reparación podrían utilizar un dispositivo de visión de RA. En este dispositivo la imagen sería aumentada con anotaciones y la información pertinente para llevar a cabo la reparación o el cambio de pieza. También para el cambio de una pieza, se podría iluminar o marcar de alguna manera dicha pieza, facilitando de este modo su labor a los técnicos de mantenimiento. Actualmente se está trabajando para conseguir que todos estos procesos CAPÍTULO 2. INTRODUCCIÓN A REALIDAD AUMENTADA Y APLICACIONES PARA APRENDIZAJE, EN ESPECIAL DE QUÍMICA. Página 22 Desarrollo de una aplicación de Realidad Aumentada para simulación de moléculas que se han explicado se realicen mediante animaciones de manera que sea mucho más sencilla su comprensión. En la figura 21 [Fruend02] puede apreciarse cómo aparecen una serie de cruces amarillas que nos marcan la posición exacta donde debe situarse el motor. Además en la parte superior izquierda aparecen en rojo una serie de indicaciones que nos dicen cómo llevar a cabo este procedimiento. También se puede ver en la figura 22 el uso de RA por la empresa BMW mediante un proyecto de investigación que llevan a cabo [BMWAR08] . En la Figura 23 el uso de la tecnología de RA en una cadena de montaje, ayuda al montaje de fusibles dependiendo del modelo sin necesidad de buscar y consultar manual. En la Figura 24 se puede apreciar un uso esencial en la que se ve como mediante RA se puede ir guiando en una estación espacial para que se realice el cambio de filtro [ Regenbrecht05 ]. Fig. 21: Ejemplo de una serie de indicaciones para situar un motor Fig. 23 uso de AR para la ayuda del montado/ reparación en un sistema de producción. Fig. 24: proyectos de Prestación de servicios de izquierda a derecha: el cambio del filtro de la Estación Espacial y el mantenimiento del motor CAPÍTULO 2. INTRODUCCIÓN A REALIDAD AUMENTADA Y APLICACIONES PARA APRENDIZAJE, EN ESPECIAL DE QUÍMICA. Página 23 Desarrollo de una aplicación de Realidad Aumentada para simulación de moléculas Fig. 22 (a): gafas, cascos, micro y sistema de comunicación integrado en técnico Fig. 22(b): Animación para quitar pieza Fig.22 (c): Enseñando destornillador a usar. 2.3.8 Arquitectura y construcción Un campo donde la RA puede tener una gran aplicación es en el mundo de la arquitectura. Para la representación de modelos arquitectónicos con los sistemas de realidad virtual se generan completamente tanto la estructura a construir como el entorno, y en ocasiones es muy complicado o muy costoso a nivel computacional, reproducir fielmente las características (especialmente lumínicas) de un entorno, principalmente si se trata de un entorno natural. En cambio los sistemas de RA facilitan esta tarea, ya que se pueden generar diseños y modelos de edificios, puentes y otras estructuras y ver en tiempo real cómo quedarían estos sobre el lugar donde se desean construir (Figura 25), sin necesidad de generar el entorno también mediante el ordenador [Klinker99]. Fig. 25 (a): Simulación de resultado en la construcción y colocación de un puente CAPÍTULO 2. INTRODUCCIÓN A REALIDAD AUMENTADA Y APLICACIONES PARA APRENDIZAJE, EN ESPECIAL DE QUÍMICA. Página 24 Desarrollo de una aplicación de Realidad Aumentada para simulación de moléculas Fig. 25 (b): Edificio posicionado en tiempo real obtenido de la comunidad de google earth También podemos emplear los sistemas de RA para ayudar en la visualización de la estructura de los edificios o distintas construcciones. Por ejemplo, para dar a los arquitectos una visión de rayos-X dentro de un edificio. Así el arquitecto tendría la posibilidad de conocer dónde se encuentra el sistema de tuberías, el sistema eléctrico o en el caso de la figura 26, los pilares de la estructura del edificio. Estas aplicaciones pueden ser de utilidad tanto al arquitecto como a los técnicos de mantenimiento de estas instalaciones, etc [Tripathi00]. Fig. 26: Vista de la estructura de un edificio mediante RA 2.3.9 Diseño de consumo Existen aplicaciones orientadas al diseño de interiores, así como al remodelamiento de las casas. De esta forma cualquier persona podría ver su casa con diferentes decoraciones, mobiliario, etc., y hacerse una mejor idea de cómo sería el resultado final de los cambios que desean realizar sobre ella. Por ejemplo la empresa ARQ se dedica a este propósito. Por lo tanto, permite a los usuarios de este tipo de aplicaciones una mayor facilidad en la toma de decisiones puesto que no tienen que imaginar cómo quedarían decoradas, sino que solamente tienen que ojearlas. Es algo similar a lo que podemos observar en la figura 27, donde una persona está viendo cómo queda decorado su salón con un par de sillones y una mesita virtual [Sirna 09]. CAPÍTULO 2. INTRODUCCIÓN A REALIDAD AUMENTADA Y APLICACIONES PARA APRENDIZAJE, EN ESPECIAL DE QUÍMICA. Página 25 Desarrollo de una aplicación de Realidad Aumentada para simulación de moléculas CAPÍTULO 3: Programas de Modelado Molecular. 3.1 Introducción En este capítulo se va a realizar un análisis y estudio de los programas de edición y modelización molecular más importantes o más extendidos. A continuación se irá exponiendo uno a uno los programas intentando ser lo más objetivo posible, se detallará si hubo problemas en la instalación o si realizaban lo esperado. 3.2 Exposición de las aplicaciones Abalone "ombre Abalone Creador/es - Propietarios Agile Molecule Contacto E-mail: [email protected] Momsreg./VAT No: SE661226355501 Stockholm Sweden Socios-Patrocinadores Division of Physical Chemistry, Arrhenius Laboratory of Stockholm University. MDynaMix project. Laboratory of Chemical Cybernetics at Moscow State University. PC GAMESS/Firefly project. Sistemas Operativos en los que está implementado Windows Versión 1.6.12 → estable Fecha inicio del proyecto/programa 2006 Fecha última modificación actualización del proyecto 2010 Idiomas Inglés Licencia Copyright © 2006-2010 Agile Molecule. Precio Gratuito para uso personal. Formatos de entrada MolMeccano (*.mlm) HyperChem(*.hin) SYBYL mol2(*.mol2, *.ml2) Protein Data Bank (*.pdb, *.ent) XYZ (*.xyz, *xmol) Formatos de salida / Tipos creables MolMeccano (*.mlm) HyperChem (*.hin) Protein Data Bank (*.pdb, *.ent) CAPÍTULO 3: Programas de Modelado Molecular. Página 32 Desarrollo de una aplicación de Realidad Aumentada para simulación de moléculas XYZ (*.xyz, *.xmol) Dependencias ninguna. Requisitos Pedidos por el creador no especificados Espacio en disco 18 MB Memoria 55 MB Lenguaje No descrito Características: Representación en alámbrico  Representación CPK en alámbrico  Representación en palo y bola  Representación en palo  Representación CPK  Calculo distancia entre átomos  Calculo de ángulo entre átomos  Calculo de ángulo dihedral  Calculo de energía intermolecular  Calculo de energía  Calculo del gradiente relativo  Diseñado principalmente para: Simular el plegamiento de las proteínas y las complejas ligaduras de ADN en el campo de fuerza AMBER (anacronismo en inglés de «construcción de modelo asistido con perfeccionamiento de energía»). Resumen Pros Uso gratuito personal, simple y rápido Contras Pocas opciones de creación, y no muy intuitivas. Comentarios / Problemas Después de incluir los ejemplos facilitados en la web, crear unas moléculas de prueba (amino ácido), añadir una molécula pre-hecha al diseño y cerrar sin guardar, falló el programa debiendo de forzar el cierre. Después de varios intentos más, siempre se repite el error antes obtenido al hacer una molécula, añadir otra y cerrar sin guardar. CAPÍTULO 3: Programas de Modelado Molecular. Página 33 Desarrollo de una aplicación de Realidad Aumentada para simulación de moléculas AutoDock "ombre AutoDock Creador/es - Propietarios Michel F.Sanner, Ruth Huey, Sargis Dallakyan, Sowjanya Karnati, William /Lindy) Lindstrom, Garrett M. Morris, Brian Norledge, Anna Omelchenko, Daniel Stoffer, Guillaume Vareille The Scripps Research Institute; California: 10550 North Torrey Pines Road, La Jolla, CA 92037 - (858) 784-1000,Florida: 130 Scripps Way, Jupiter, FL 33458 - (561) 228-2000 Software de terceros: Fast Isocontouring, Volume Rendering – Chandrait Bajaj, tu Austin GL extrusion Library (GLE) – Linas Vepstas Secondary Structure Assignment (Stride) – Patrick Argos EMBL Mesh Decimation (Qslim 2.0) – Micheal Garland, University of Illinois Tiled Rendering (TR 1.3) – Brian Paul Sistemas Operativos en los que está implementado Unix/Linux i86/i86_64/IA64, AIX5, Mac OS X, Windows, Sun SPARC Solaris. Posibidad de compilar en otras plataformas. Versión MGLTools 1.5.4 Fecha inicio del proyecto/programa 4/11/2006; primera versión estable: MGLTools 1.4.3 22/09/2008 Fecha última modificación actualización del proyecto 13/03/2010 Idiomas Inglés Licencia AutoDock GNU/GPL «AutoDockTool» se distribuye dentro del paquete de MGLTools. A menos que se especifique lo contrario, MGLTools se licencia por Michel F. SANNER y The Scripps Research Institute. Algunas partes del software de este paquete proporcionan sus propias licencias. Todos los componentes que no especifican sus propias licencias están bajo la licencia de código abierto de Mozilla. © 1999-2009 Molecular Graphics Laboratory, The Scripps Research Institute Coste AutoDock → Gratuito ADT → Gratuito versión académica. → Poner en contacto con el creador para comercialización o uso profesional. Formatos de entrada MolMeccano (*.mlm) HyperChem (*.hin) XYZ (*.xyz, *xmol) Protein Data Bank (*.pdb, *.ent) MEAD Files (*.pqr) SYBYL mol2 (*.mol2, *.ml2) CAPÍTULO 3: Programas de Modelado Molecular. Página 34 Desarrollo de una aplicación de Realidad Aumentada para simulación de moléculas AutoDock Files (*.pdbq, *.pdbqs, *.pdbqt) Gromacs Files (*.gro) MMCIF Files (*.cif) Phyton Scripts (*.py) (ojo es para cargar programaciones sobre moléculas hechas para este programa) Resource Files (*.rc) Formatos de salida / Tipos creables Protein Data Bank (*.pdb, *.ent) AutoDock Files (*.pdbq, *.pdbqs, *.pdbqt) MMCIF Files (*.cif) MEAD Files (*.pqr) VMRL 2.0 STL Dependencias PyThon 2.5.2 → 59MB HDD Opcionales y sólo en versión académica: MSLIB → Paquete para calcular la superficie molecular. STRIDE → Paquete usado para calcular estructuras secundarias UTPackages → Paquete/s usado para renderizar isocontornos y volúmenes. Requisitos Pedidos por el creador: mínimos y recomendados: facilitados en http://secondlife.com/support/system-requirements/ y en http://www.adobe.com/products/aftereffects/opengl.html. comprobados en sistema: Espacio en disco: 120MB Memoria: 97MB al arranque – 300MB en uso. CPU Lenguaje PyThon Características: Representación en alámbrico  Representación CPK en alámbrico  Representación en palo y bola  Representación en palo  Representación CPK  Posicionamiento intermolecular  Movimiento moleculares  Calculo distancia entre átomos  Calculo de ángulo entre átomos  Calculo de ángulo dihedral  Calculo de energía intermolecular  Calculo de energía  Calculo del gradiente relativo  Visionado de estructuras en 3D  (con gafas para ver en 3D) Diseñado principalmente para CAPÍTULO 3: Programas de Modelado Molecular. Página 35 Desarrollo de una aplicación de Realidad Aumentada para simulación de moléculas Autodock es una suite de herramientas de generación automática de acoplamiento. Está diseñado para predecir cómo moléculas pequeñas, como substratos o candidatos de drogas, se unen a un receptor conocido, en estructuras 3D. Autodock en realidad consta de dos programas principales: Autodock realiza el acoplamiento del ligando a un conjunto de enlaces para describir la proteína objetivo, AutoGrid pre-calcula estos enlaces. Además de su uso para el acoplamiento, pueden ser visualizadas los enlaces de afinidad atómica. Esto puede ayudar, por ejemplo, para guiar a los químicos orgánicos sintéticos con un mejor diseño de los enlaces. También desarrolla una interfaz de usuario gráfica llamada AutoDockTools (ADT), que entre otras cosas ayuda a establecer vínculos, girar las moléculas con los enlaces y el análisis a escala. Autodock tiene usos en: •Cristalografía de rayos X; •Estructura basada en el diseño de fármacos; •La optimización de plomo; •High-throughput screening (HTS); •Combinación de bibliotecas de diseño; •Anclaje proteína-proteína; •Estudios mecanismo químico. Resumen Pros: Programa muy especializado en el análisis y comportamiento de moléculas, e interacción entre ellas, además del movimiento de estas y cómo se posicionarán entre un conjunto molecular. Contiene muchas aplicaciones y extensiones para cubrir la mayor necesidad de un químico que se encuentre en necesidad de este tipo de funciones. Tiene un gran abanico para el análisis y las interacciones moleculares. Contras: Al ser muy completo y disponer de muchas opciones de simulación, no es sencillo de manejar sin un documento al que poder consultar. Aunque está completamente documentado, hay que realizar una tutorización al programa o estar realmente muy introducido en el campo químico de las moléculas. No es sencillo ni inmediato la realización de nuevas moléculas, está concebido para las interacciones moleculares, sus posicionamientos, reacciones,... Comentarios / Problemas: Este programa es sencillo de instalar con el binario preparado para las distribuciones, tiene muchísimos métodos de análisis, pero no es sencillo de manejar, aunque lo más directo (la visualización de moléculas) es muy simple de entender. CAPÍTULO 3: Programas de Modelado Molecular. Página 36 Desarrollo de una aplicación de Realidad Aumentada para simulación de moléculas Amira "ombre Amira (Molecular Option) Creador/es - Propietarios Visage Imaging©, que a su vez es un subsidiario de Mercury Computer Systems, Inc. Sistemas Operativos en los que está implementado Windows® 2000/XP/Vista, 32-bit y 64-bit Mac OS® X 10.5 (Leopard) Red Hat Enterprise Linux 5.0 para x86_64 o compatible Versión 5.2.2 (estable) Fecha inicio del proyecto/programa no especificados Fecha última modificación actualización del proyecto 2010 Idiomas Inglés Licencia Copyright © 2010 Visage Imaging GmbH. All rights reserved. Coste Existen diferentes licencias con diferentes costes: •Licencia de prueba: 15 días con uso completo gratuito. •Licencia permanente: Puedes pedir por módulos, te envían individualmente la licencia después de consultar tu petición. •Licencia de actualización: Para cuando hay un módulo nuevo o una versión de Amira nueva que quieres utilizar teniendo ya una activa. •Licencia para agregar/cambiar equipos. Después de una semana responden proporcionando los siguientes precios: Product Option License Price* Annual Maintenance* Amira (base package) € 3,600.00 € 720.00 Amira Developer Option € 2,700.00 € 540.00 Amira Microscopy Option € 1,800.00 € 360.00 Amira Molecular Option € 990.00 € 198.00 Amira Mesh Option € 1,800.00 € 360.00 Amira Very Large Data Option € 4,500.00 € 900.00 Amira Dicom Reader free Free Amira Virtual Reality Option on request on request other options on request on request *Teniendo un 30% de descuento en el precio si es de uso académico. Formatos de entrada AMBER (*.top/crd/vel) AMF (*.amf) CAPÍTULO 3: Programas de Modelado Molecular. Página 37 Desarrollo de una aplicación de Realidad Aumentada para simulación de moléculas DX APBS DX (*.dx/apbs) GROMACS (*.gro/top/trr) MDL (*.sdf) PDB (*.pdb) PHI (*.phi) PSF/DCD (CHARMM) (*.psf/dcd) Mol2 (*.mol2) UniChem (*.uni) ZIB (*.zmf) Formatos de salida / Tipos creables AMF (*.amf) GROMACS (*.gro/top/trr) PDB (*.pdb) Mol2 (*.mol2) UniChem (*.uni) ZIB (*.zmf) Además de formatos para modelos 3D (VRML, TIFF, RAW, PSI, Open Inventor, Analyze 7.5,...), imágenes (jpeg, png, pnm, SGI-RGB,...), modelos médicos, ... Requisitos Pedidos por el creador Un procesador con soporte a conjunto de instrucciones SSE2 Tarjeta gráfica con capacidad de aceleración hardware al mapeo de texturas y soporte a OpenGL. Algunos módulos de visualización, es decir, los de representación de más alta calidad de renderizado de volúmenes, requieren hardware de gráficos moderno con soporte de sombreado de fragmentos y vértices, así como la instalación de los controladores gráficos más recientes. Mínimos: CPU con soporte al conjunto de instrucciones SSE2 512 MB RAM Tarjetas gráficas con soporte OpenGL Recomendados: CPU - Multi-core con 2 GHz 2 GB RAM Una tarjeta de «juegos» moderna de cualquiera de los principales vendedores con 512 MB de RAM Espacio en disco 700 MB Memoria ~190 MB Lenguaje C++, OpenGL Características paquete básico: (facilitadas por creador) Análisis • Estadísticas de Materiales • Mediciones de volúmenes y superficies • Medidas lineales y anotaciones 2D/3D • Análisis de co-localización • Operaciones aritméticas CAPÍTULO 3: Programas de Modelado Molecular. Página 38 Desarrollo de una aplicación de Realidad Aumentada para simulación de moléculas • Densiometría • Análisis de superficie • Integración en MATLAB (Windows y Linux) • Estadísticas de red Procesamiento • Filtrado de imágenes • Generación de superficies • Segmentación de imágenes • Alineamiento en rebanadas • Registro automático y manual • Muestreo de volumen e imagen • Recorte selectivo de volumen • Edición directa de volumen • Edición de superficie • Conversor de tipos de datos • Automatización • Fusión con visores en 3D MPR • Registro manual y automatizado en visores 3D MPR Visualización • Cortes ortogonales, oblicuos y curvos • Renderizado de volúmenes sombreados multi-resolución • Renderizado de superficies • Isolíneas e isosuperficies • Visualización de imágenes multi-canal • Fusión de imágenes • Visualización de campo en altura y protuberancias de corte • proyecciones ortogonales • Visualización de filamentos de trazado • Selección 3D ROI • Recorte y corte • Visualización de datos con tiempo de caducidad • Visor 3D + MPR para explorar conjuntos de datos complejos Presentación • Herramientas de animación • Demos de alta calidad • Generación de película • Varios modos de visualización en 3D Stereo • Soporte automático de visualización estereoscópica en anotaciones 2D y 3D. Editores • Herramientas de edición de segmentación interactivas y semi-automáticas para la segmentación de imágenes 3D • Visor multi-planar para la visualización simultanea de más de dos conjuntos de datos en un visor 3+1 MPR • Editor CameraPath para la creación de una ruta de cámara usando fotogramas clave para animaciones y películas • Interfaz gráfica del dialogo de color para definir valores de color • Dos editores mapa de color para modificar los valores RGBA de un mapa de CAPÍTULO 3: Programas de Modelado Molecular. Página 39 Desarrollo de una aplicación de Realidad Aumentada para simulación de moléculas color discreto • Un editor de curvas para crear y editar curvas • Filtros de imagen digital para aplicar filtros de procesamiento de imagen estandard • Editor de cortado de imágenes para cortar imágenes 3D, cambiar el cuadro delimitador, y el tamaño de vóxel (pixel 3D) • Editor de referencia para añadir, mover o eliminar marcadores en un punto de referencia establecidos • Editor LineSet para seleccionar, crear, modificar y eliminar polilíneas • Editor de parámetros para añadir, cambiar o borrar atributos de los datos de un objeto • Editor simplificador de superficie para reducir el numero de triángulos de una superficie • Editor de superficie para modificar triángulos, borrar intersecciones, asignar identificadores frontera • Editor de transformaciones para trasladar, rotar, o escalar cualquier objeto • Interfaz gráfica de las herramientas de impresión para mostrar impresiones en 2D • Interfaz gráfica de gestor de demostraciones para gestionar y controlar demostraciones Características paquete molecular: La extracción y visualización de la estructura secundaria Cálculo y visualización de la trayectoria Molecular Cálculo de campo potencial Pseudo-cálculo de la densidad de electrones Etiquetado de molécula Cálculo de superficie de molécula Alinear molécula y las secuencias Calculo del conjunto Pareto-optimo Cálculo y visualización de enlaces H Visualización en palo, alámbrico, cinta y CPK Visualización dinámica Evaluación de la configuración de densidad Calculo de molécula-promedio Editores: Molecule Attribute Editor: permite la edición de grupos de atributos contenidos en una molecula Molecule Editor: permite cambiar geometría y topología de una molécula Diseñado principalmente para El paquete básico es obligatorio para todas las aplicaciones de Amira. Se dispone de módulos avanzados de análisis y visualización 3D/4D general. Cuando los datos multidimensionales deben ser procesados y explorados, este paquete ofrece un amplio conjunto de poderosas herramientas con intuitivas interfaces gráficas de usuario para obtener una visión detallada de complejos conjuntos de datos. Además de los requisitos de alta visualización, este paquete responde a las necesidades de análisis avanzado y proceso de datos de la imagen clínica o preclínica, datos nucleares, las imágenes de microscopía óptica o electrónica, y todo tipo de imagen multidimensional. CAPÍTULO 3: Programas de Modelado Molecular. Página 40 Desarrollo de una aplicación de Realidad Aumentada para simulación de moléculas Varios módulos también se proporcionan para preparar presentaciones, demostraciones y películas. El paquete básico incluye el potente editor de segmentación y el MultiViewer plana. La opción molecular combina sólidas capacidades de Amira para la visualización 3D de datos, como la restitución de volumen por aceleración hardware, con herramientas específicas para la visualización y el análisis molecular, tales como superficies moleculares, alineamiento de secuencias, cálculo de la densidad de la configuración, las trayectorias de la molécula, y más. La opción Molecular Amira viene con demos auto-ejecutables y tutoriales paso a paso para las tareas más comunes de visualización molecular. Resumen Programa sencillo con grandes capacidades de representación, permite editar y componer moléculas pero como con otros programas no está pensado para la Creación, sino para edición de moléculas ya creadas. Tiene muchos recursos y una documentación sencilla y con ejemplos. Puedes realizar objetos 3D, editar imágenes, cargar proyectos de CAD, manipular scripts de MATLAB, trabajar con radiografiás,... Está pensado para cubrir las necesidades médicas de cualquier investigador. Pros Fácil instalación y desarrollo no muy complicado. Acepta y escribe muchos formatos. Permite editar moléculas. Permite desarrollar herramientas con integración en este programa mediante un módulo de desarrollo (para C++). Maneja muy bien las moléculas, aprovecha muy bien la memoria y maneja los renderizados. Buena documentación. Contras Es de pago, permite editar moléculas de manera limitada. Comentarios / Problemas Carga rápidamente y va de forma sencilla todo el manejo. Probando moléculas que ya tenía disponibles, al cargar ADN no pudo mostrar correctamente las uniones entre átomos (no aparecen unidos), los demás visualizados sí. CAPÍTULO 3: Programas de Modelado Molecular. Página 41 Desarrollo de una aplicación de Realidad Aumentada para simulación de moléculas Pros Es un programa de referencia, aun teniendo mucho tiempo el proyecto desde que se inicio, sigue desarrollándose en la actualidad. Contras Programa de pago, tiene un coste de licencias elevado para uso particular y no se proporciona ningún programa de prueba, test o demo. Comentarios / Problemas Aunque se puede ejecutar en cualquier máquina, esto es debido a que se a de implementar el usuario el programa. Ellos proporcionan el código fuente con lo que además de tener conocimientos de compilación, has de tener también de Linux, pues se ha de compilar bajo esta estructura, si se está en otro sistema distinto de Unix te ves obligado a instalar un emulador de UNIX/LINUX como MinGW o Cygwin. Para ser de pago, el soporte que proporcionan es limitado a su programa. Está documentado y la copia cuesta 11,46€, aunque se puede obtener el pdf gratuitamente de: http://ambermd.org/doc11/ CAPÍTULO 3: Programas de Modelado Molecular. Página 48 Desarrollo de una aplicación de Realidad Aumentada para simulación de moléculas Avogadro "ombre Avogadro Creador/es - Propietarios Avogadro, como muchos proyectos de código abierto está ayudado por un gran elenco. Son fundamentalmente un proyecto comunitario. Código: Ali Shahzad, Michael Banck, Fox Naomi, Marcus Hanwell, Geoff Hutchison, Benoît Jacob, David Lonie, Jordan Mantha, Thomas Margraf, Carsten Niehaus, Simon Ochsenreither, Tim Vandermeersch Todos los traductores de Avogadro También: Grupo Obelisco Azul, Boost.Python, Estructuras químicas de base de datos, Cmake, Eigen, GL2PS, Jason Harris para el KPlotWidget KDE, Open Babel, Qt Software Sistemas Operativos Unix/Linux, Windows Posibilidad de implementación en otras plataformas. Versión 1.0.0 Fecha inicio del proyecto/programa inicio proyecto: 2006-04-14 Primera versión: Febrero 2007 Fecha última modificación actualización del proyecto 2010 Idiomas Chino, francés, alemán, italiano, ruso, español y más de 12 lenguas en desarrollo. Licencia GNU General Public License (GPL) Coste Gratuito . Formatos de entrada CML (*.cml), Salida química computacional (*.out, *.log, *.dat, *.output), Intercambio Cristalográfico CIF (*.cif), Salida de Gaussian 98/03 (*.g98, *.g03), Fichero Checkpoint de Gaussian formateado (*.fchk), HyperChem (*.hin), Mol de MDL (*.mdl, *.mol, *.sd, *.sdf), Salida de NWChem (*.nwo), PDB (*.pdb, *.ent), Mol2 (*.mol2), XYZ (*.xyz), formatos ACR, ADF, ADF TAPE41, Alchemy, Amber, MSI BGF, Dock 3.5, Cacao Cartesian, Accelrys/MSI Biosym/Insight II CAR, Fractional libre, GAMESS, Gaussian, Ghemical, HiperChem HIN, InChI, CCC, ChemDraw, Chem3D Cartesian 1 y 2, Crystallographic, Chemical Markup Language, Chemical Resource Kit, Dmol3, FastSearching, Jaguar, MCDL/SDF, Molden, Molpro, MOPAC, MPQC, OpenDX, APBS, PCModel, PNG, PQR, PubChem, Q-Chem, ShelX, SMILES, Thermo, TurboMole, VASP, ViewMol, XML, YOB, *.Pam7, Además permite la carga desde: directorio local, directamente de base de datos química PDB, o desde la red por la URL. Formatos de salida / Tipos creables PNG, BMP, JPEG, PDF, SVG, EPS, POV-RAY, CML, XYZ, Entrada para GAMESS (*.gamin), Entrada para Gaussian en cartesianas (*.gau) y en matriz-Z (*.gzmat), Archivo Mdfile de MDL (*.mol), PDB, Entrada para NWChem (*.nw), Mol2 de Sybyl (*.mol2), *.ent, *.alc, *.chm, *.cdx, *.cdxml, *.c3d1, *.c3d2, *.gpr, *.mdl, *.sdf, *.sd, *.crk3d, *.cht, *.dmol, *.bgf, *.gam, *.inp, *.gamout, CAPÍTULO 3: Programas de Modelado Molecular. Página 49 Desarrollo de una aplicación de Realidad Aumentada para simulación de moléculas *.tmol, *.fract, *.mpd, *.mwo Dependencias Requisitos Pedidos por el creador o especificados Espacio en disco 48,4 MB Memoria 65MB Lenguaje Python, C++ (Qt) Características: Facilitadas por el proyecto: •Libre, de código abierto. •Intuitivo, hecho para ser fácil de manejar tanto para estudiantes como para investigadores avanzados. •Rápido: Soporte a renderizado de multi-hilos y computación. •Extensible: Arquitectura de plug-in para el desarrollo, incluyendo renderizado, herramientas interactivas, comandos, y scripts en Phyton. •Flexible: Las características incluyen la importación Open Babel de archivos químicos, generación de entrada para paquetes químicos multi computación, cristalografía, y biomoléculas. •Construcción de mecánica molecular (incluido MMFF94 y UFF) •Generación de entrada para Gaussian, GAMESS-US, Molpro, NWChem, QChem, MOPAC, con muchos más paquetes por incluir pronto. •Soporte para unidad celulares cristalográficas. •Constructor Oligopeptido •Visualización de isosuperficies y orbitales, incluyendo cubos Gaussianos, OpenDX, y ficheros fchk Gaussian. •Animación de vibraciones moleculares computarizadas y trayectorias de reacción. •Visor avanzado espectral con ampliación y ensanche. •Exportación de modelos a POV-Ray. También, se ofrece las librerías de Avogadro (libavogadro), el cual puede ser usado para el desarrollo de software. Representación en alámbrico  Representación CPK en alámbrico  Representación en palo y bola  Representación en palo  Representación CPK  Calculo distancia entre átomos  Calculo de ángulo entre átomos  Calculo de ángulo dihedral  Calculo de energía intermolecular  Calculo de energía  Calculo del gradiente relativo  Diseñado principalmente para CAPÍTULO 3: Programas de Modelado Molecular. Página 50 Desarrollo de una aplicación de Realidad Aumentada para simulación de moléculas Avogadro es un editor molecular avanzado diseñado para un uso multiplataforma en química computacional, modelado molecular bioinformática,ciencias materiales y áreas relacionadas. Ofrece un marco de representación flexible y una arquitectura de plug-in de gran alcance. Resumen Pros Fácil de instalar, intuitivo, rápido, flexible y extensible. Tutorial y foro actualizados. Multi-plataforma, multi-idioma, y multi-formatos. Contras No especifica el uso directo de GPU como procesador, al menos sin extensión. Comentarios / Problemas Un programa liviano y muy destacable. CAPÍTULO 3: Programas de Modelado Molecular. Página 51 Desarrollo de una aplicación de Realidad Aumentada para simulación de moléculas BOSS "ombre BOSS (Biochemical and Organic Simulation System) Creador/es - Propietarios William L. Jorgensen Research Group, Departamento de Química, YALE University Sistemas Operativos en los que está implementado UNIX/Linux, Windows, SGI Versión 4.6 Fecha inicio del proyecto/programa 1970 Fecha última modificación actualización del proyecto 2010 Idiomas Español (parcial), Inglés Licencia Derechos de autor y uso. Coste para empresas con animo de lucro UNIX, O Windows → 12,5 $ UNIX Y Windows →15 $ Código de predicción de código (PROP) → 1 $ Directorio de estructuras de drogas → 1 $ Actualizaciones → 2 $ para escuelas y agencias gubernamentales UNIX O Windows → 1,2 $ UNIX Y Windows → 1,5 $ PROP → 200 $ Actualizaciones → 250 $ Formatos de entrada no comprobados PDB, PDB2, PDBB → (ChemEdit, RasMol, Sybyl, MacroModel, Midas) MDLMO (o MOL), MDLSD → (Molfile) MIND → (MindTool) Formatos de salida / Tipos creables no comprobados PDB, PDB2, PDBB → (ChemEdit, RasMol, Sybyl, MacroModel, Midas) MDLMO (o MOL), MDLSD → (Molfile) MIND → (MindTool) Dependencias FORTRAN Requisitos Pedidos por el creador mínimos CPU 200MHz recomendados CPU 2.4GHz, RedHat 8 o superior (kernel 2.0 o superior); Windows 9x, 2000, XP Espacio en disco no especificados/comprobados Memoria no especificados/comprobados Lenguaje C/C++ Características: no comprobados •Simulaciones Monte Carlo, se emplea el conjunto del TNP, aunque simulaciones NVT también se puede realizar al no permitir los cambios de volumen. •Preferencia de muestreo, se utiliza según el cual los solutos y moléculas CAPÍTULO 3: Programas de Modelado Molecular. Página 52 Desarrollo de una aplicación de Realidad Aumentada para simulación de moléculas cercanas del disolvente se mueven con más frecuencia que las moléculas del disolvente distantes. La polarización se basa en 1 / (r2 + WKC) donde WKC es una constante. •Las coordenadas de soluto pueden ser proporcionados por entrada Z-matriz o PDB y coordenadas internas se utilizan para tomar muestras de la geometría del soluto. •Cambios de energía libre se calcula a partir de la teoría de perturbación estadística (FEP). •El unida-átomo OPLS y funciones de potencial de todos los átomos se utilizan con referencias que figuran en los archivos de parámetros. La cobertura incluye numerosos grupos funcionales orgánicos, todos los residuos comunes péptidos y nucleótidos. Más parámetros se pueden agregar fácilmente en el archivo de parámetros, parámetros inéditos incluso para heterociclos, sulfamidas y otros grupos importantes farmacológicamente también se proporcionan a los usuarios de BOSS. •Por otra parte, la energética del soluto (s) puede ser descrito con el AM1, PM3, PDDG/PM3 o PDDG / MNDO métodos semiempíricos de orbitales moleculares. Cualquier interacción solvente-solvente se describen con los cálculos potenciales de OPLS mixta QM / MM. Las interacciones solutosolvente se describen con el campo de fuerza usando parámetros de OPLS norma-AA Lennard-Jones para el soluto (s) y cargos obtenidos a partir de los procedimientos CM1 o CM3 o como cargas de Mulliken. •Ángulos diedros, los ángulos de enlace y la longitud de enlace en los solutos pueden ser detallados durante las simulaciones. Las moléculas del disolvente también puede ser totalmente flexible. •Restricciones de armónicos pueden ser incluidas entre los pares de átomos de soluto o entre un átomo y un punto fijo. Esto, no sólo facilita algunos cálculos de energía libre para acoger los sistemas de evaluación, sino que también se puede utilizar para optimizaciones y refinado de estructuras RMN. •Los archivos de salida puede ser en formato PDB o MDL mol para la visualización fácil con los programas estándar de gráficos moleculares. Diseñado principalmente para El programa BOSS realiza (a) simulaciones mecánica estadística Monte Carlo (MC) para las soluciones de cero a 25 moléculas de soluto en una caja de solvente periódico, en un grupo solvente, o en un dieléctrico continuo, incluida la fase de gas, y (b) minimización de la energía estándar, análisis de modo normal, y la conformación de la búsqueda. Las energías se representan con los campos de fuerza OPLS o el AM1, PM3, PDDG/PM3 y PDDG / MNDO métodos semiempíricos de orbitales moleculares. Además de los resultados cuantitativos estructurales y energéticas, otras cantidades se calculan incluyendo los momentos dipolares, cargas atómicas CM1 y CM3, solvente las superficies accesibles, y cuenta con enlaces de hidrógeno, que son valiosos para muchas aplicaciones, como las actividades de relaciones de estructura. Resumen Pros Muy especializado en cargas, optimización, mecanismos moleculares, mecanismos cuánticos, soporte al desarrollo de campo de fuerzas, para diversos sistemas operativos. CAPÍTULO 3: Programas de Modelado Molecular. Página 53 Desarrollo de una aplicación de Realidad Aumentada para simulación de moléculas Contras Aun siendo de los que menos cuesta, no es gratuito, no tiene una gran extensión para compatibilidad con otros programas. El manejo no es intuitivo, no está muy documentado, no tiene interfaz gráfica (por lo que no se puede editar con ratón). Comentarios / Problemas Al no ser gratuito y no facilitar ninguna versión para pruebas ni testeo aun solicitándolo, no se instaló y probó en un computador. CAPÍTULO 3: Programas de Modelado Molecular. Página 54 Desarrollo de una aplicación de Realidad Aumentada para simulación de moléculas Maestro "ombre Maestro Creador/es - Propietarios Schrödinger, L.L.C. Sistemas Operativos en los que está implementado Linux (32 o64 bits); Windows (2000, XP, Vista (32 64 bits); IRIX Versión v9.0.211 Fecha inicio del proyecto/programa 2006 Fecha última modificación actualización del proyecto junio 2009 Idiomas Inglés Licencia Copyright (c) Schrödinger, LLC. All rights reserved . Coste licencia académica → gratuita licencia normal → No disponible en su web, hay que pedirla por mail. Formatos de entrada PDB (.pdb,ent), Maestro (.mae, maegz, mae.gz), MOL2 (.mol2), MDL SD ( .sd, .sdf, .mol, .sdfgz, .sdf.gz), Jaguar Input/Output (.in, .out), ReagentPrep (.bld), MacroModel (.dat, .out), MCPRO Input (.zmat), Desmond (.cms, cmsgz, cms.gz), BioGraf (.bgf), GAMESS Output (.gamin), Gaussian Input/ 92 Output/ 94 Output (.com, .log), Mopac Cartesian/Internal/Output (.mopcrt, .mopint, .out), Spartan (.scar), Spartan Mol. Mechanics/ Semi-Empirical, XYZ (.xyz) Formatos de salida / Tipos creables Proyecto Maestro (.prj), Imagen (.tiff, .jpg), Maestro ( .mae, .maegz, .mae.gz), PDB (.pdb, .ent); SDF (.sdf, .sd, .mol, .sdfgz, .sdf.gz); Mol2 (.mol2), MacroModel (.dat, .out), GAMES Output (.gamin), Gaussian Cartesian (.cart), Gaussian Z-Matrix (.g), Mopac Cartesian (.mopcrt), Mopact Internal (.mopiny), Spartan (.spar), XYZ (.xyz) Dependencias Para Linux: Perl, gunzip, Python 3, nfs-utils, glibc 2.5, nss_ldap, servidor X, GLX OpenGL, OpenGL, fontconfig 2.2.1-13 Para Windows: Visual C++ 2005 SP1 Requisitos Pedidos por el creador mínimos 256 MB de memoria principal; 4 GB de disco duro dedicado a 10000 RPM (si sólo se instala Maestro son 109 MB); suficiente memoria cache; monitor de 16-bits colores en 1280 x 1024; OpenGL. Para Linux: Perl no inferior a versión 5.004; gunzip; Python 3.0 ( 32-bit); tarjeta de red. Para Linux x86 32 bits: nfs-utils; kernel 2.4.21 en series 2.4; 2.6.9 en series 2.6; procesador x86-compatible Para Linux x86-64 bits:: nfs-utils; glibc 2.5; nss_ldap (en RHEL 5.2 y entOS 5.2); procesador compatible x86 64-bit; servidor X X11R6; GLX OpenGL y OpenGL; fontconfig 2.2.1-13; Firefox; lector de PDF Para Linux ia64: procesador Itanium 2 Para Windows: Visual C++ 2005 SP1; Internet Explorer; lector de PDF recomendados 1 GB de memoria principal; 60 GB de disco duro dedicado a 10000 RPM mínimo; monitor con frecuencia de refresco 100 Mhz; para visualización en estéreo: tarjeta gráfica con soporte quadCAPÍTULO 3: Programas de Modelado Molecular. Página 55 Desarrollo de una aplicación de Realidad Aumentada para simulación de moléculas buffered stereo, monitor con más de 100 MHz de refresco. Para Linux: Perl no inferior a versión 5.004; gunzip; Python 3.0 ( 32-bit); tarjeta de red; servidor X X11R6; GLX OpenGL y OpenGL; fontconfig 2.2.1-13; Firefox; lector de PDF Para Linux x86 32 bits: glibc; nfs-utils; kernel 2.4.21 en series 2.4; 2.6.12 en series 2.6; procesador x86-compatible Para Linux x86-64 bits:: nfs-utils; glibc 2.5 o superior; nss_ldap (en RHEL 5.2 y entOS 5.2); procesador compatible x86 64-bit Para Linux ia64: procesador Itanium 2 Para Windows: Visual C++ 2005 SP1; Internet Explorer; lector de PDF Espacio en disco 833 MB Memoria 457 MB Subprocesos 21 Lenguaje Python, C, Java. Características: El formato es Maestro de libre formato de texto ASCII y es sustancialmente autodescriptivos. La versión actual proporciona la capacidad para importar, exportar, construir y modificar las estructuras moleculares, para mostrar las estructuras en diversas formas; crear, iniciar y supervisar CombiGlide, Epik, Glide, Jaguar, de impacto, de enlace, LigPrep, Macromodel, MCPRO +, Fase, el primer, Primex, QikProp, QSite, Mapa del Sitio, y los cálculos huelga y llevar a cabo diversos análisis. Las características de Maestro incluyen: Lectura / escritura de archivos de estructuras Construcción de estructuras extensible Capacidad de añadir / borrar hidrógeno (basado en la noción de un tratamiento de hidrógeno) Ejecución de secuencias/guiones de comandos de Python y el lenguaje de comandos Maestro Comando de aliasing (similares a los alias de shell UNIX) Edición de guiones de comandos (le permite leer, escribir, modificar y ejecutar guiones de comandos de Maestro) Macros (asignar una secuencia de comandos a una macro con nombre o con las teclas F1 ... F12) Deshacer (un nivel) Etiquetado y coloreado de átomos Elección de representación molecular (CPK, Ball & Stick, etc) Alta calidad de salida PostScript Varios paneles para crear, iniciar y supervisar el trabajo Medición - distancia, ángulo, diedro La superposición de estructuras Fuerza del campo de visión (para examinar todas las interacciones de campos de fuerza presentes en un cálculo determinado de una estructura) Trazado 1D/2D (este último para trazado Ramachandran, ambos para uso con cálculos dihedrales) Ayuda online (que dispone de diversos mecanismos para localizar el tema de ayuda adecuado - buscar por nombre, por categorías, temas relacionados, etc) CAPÍTULO 3: Programas de Modelado Molecular. Página 56 Desarrollo de una aplicación de Realidad Aumentada para simulación de moléculas Ayuda automática (similar a los globos de ayuda en el Mac o herramientas bajo Windows) Ayuda contexto-sensitiva (que proporciona consejos para la realización de tareas a el usuario) Diseñado principalmente para Maestro es la interfaz gráfica de usuario para casi todos los productos que Schrödinger distribuye: CombiGlide, ConfGen, Desmond, Epik, Glide, Impact, Jaguar, Liaison, LigPrep, Macro-Model, MCPRO+, Phase, Prime, PrimeX, QikProp, QSite, SiteMap, Strike, y WaterMap. Contiene herramientas para construir, mostrar y manipular las estructuras químicas, para la organización, carga y almacenamiento de estas estructuras y los datos asociados, y para la creación, seguimiento, y visualización de los resultados de los cálculos de estas estructuras. Maestro es una interfaz gráfica de usuario de propósito general (GUI) para modelado molecular 3D. Se proporcionan herramientas para generar y mostrar los modelos moleculares, a partir de los cálculos y el seguimiento de estos modelos, y el análisis y la manipulación de estos modelos. El trabajo de control de Maestro fácilmente gestiona trabajos presentados desde Maestro y desde la línea de comandos para tanto máquinas locales como remotas. Maestro se puede ejecutar localmente y enviar los trabajos a cualquier host que tenga acceso. La interfaz de Maestro utiliza las herramientas de gráficos OpenGL, y puede tomar ventaja de las capacidades de hardware de gráficos, incluyendo la capacidad de visualización estéreo. Resumen Pros Es uno de los más completos, y abarca todo el campo de especialidades, drogas, química, bioquímica. Dispone de: Gráficos moleculares, capacidad de dibujar moléculas con el ratón, construcción de polímeros, construcción de ácido nucleico, construcción de peptidos, construcción de cristales, Adicción de solventes, manejo de cargas parciales, docking, optimización, mecánica molecular, mecanismos cuánticos,.soporte al desarrollo de campo de fuerzas. Tiene mucha documentación. Está para diversos sistemas operativos. Aunque la versión de Maestro es de licencia gratuita, es sólo de uso académico, para cualquier otro programa del paquete o otro uso de este, hay que solicitar una licencia por correo. Contras Debería tener más extensiones de entrada y salida. No especifica el uso directo de GPU para aceleración gráfica. Comentarios / Problemas Cuando me registré para obtener la versión académica, lo hice sin especificar el tipo de uso, con lo que a la hora de la descarga sólo me daba acceso a la versión estandard, mandando un correo a [email protected] me respondieron la misma semana y me facilitaron una licencia académica explicando detalladamente los pasos que debía realizar para que funcionara la versión que descargue. Son distintas, la versión normal ocupa 20 MB más que la académica. CAPÍTULO 3: Programas de Modelado Molecular. Página 57 Desarrollo de una aplicación de Realidad Aumentada para simulación de moléculas nos queda es instalar además Windows SDK antes conocido como Plataforma SDK El Microsoft Windows SDK (Software Development Kit) es un kit de desarrollo de software de Microsoft que contiene archivos de cabecera, bibliotecas, muestras, documentación y herramientas que utilizan las API necesarias para desarrollar aplicaciones para Microsoft Windows y .NET Framework 3.0/.NET Framework 3.5. El actual Windows SDK se puede utilizar para escribir aplicaciones que se dirigen a Windows XP y Windows Server 2003, así como Windows Vista y Windows Server 2008, mientras que el más antiguo Platform SDK puede ser utilizado para desarrollar aplicaciones para Windows 2000, Windows XP y Windows Server 2003. El Windows SDK sustituye al Platform SDK, al WinFX SDK y al .NET Framework 2.0 SDK. El paquete contiene amplia documentación y cerca de 1000 ejemplos. A pesar de que el propio SDK está disponible de forma gratuita, la obtención de los SDK requiere que la copia de Windows esté validada. 4.3 Trabajando con Microsoft Visual Studio 2005, BALLView y ARToolKit En este apartado, nos centraremos en aspectos de implementación del proyecto. 4.3.1 La cámara Uno de los problemas más importantes a los que nos enfrentamos a la hora de realizar este proyecto era hacer funcionar la cámara, ya no tanto para ARToolKit en concreto, sino para la integración que se hizo con otros entornos de RA como eran NyARToolKit, que necesitaba la integración y el acceso a cámara desde aplicaciones independientes a Windows, como en Java o Python. Para ello se instaló «JRE System Library», haciendo previamente una desintalación de «Systems Library de JMF». Con ello conseguimos instalar las librerías para Java, y se comprobó su correcto uso y configuración (resolución, tamaño, profundidad, brillo y contraste) con la aplicación JMStudio (conjunto de API's y herramientas dedicadas al multimedia stream). Para poder usar correctamente la cámara con aplicaciones de Windows simplemente se instalaron drivers propietarios. Para el uso de la cámara por parte de ARToolKit fue necesaria la actualización de DirectX que había en el sistema y la instalación de DirectX SDK y Windows SDK, seleccionando en el instalador las librerías, herramientas y cabeceras para DirectShow. 4.3.2 Creación de Moléculas Para la creación de moléculas podemos usar programas tan extensos como Maestro o programas tan simples como Abalone, pero lo más eficaz es utilizar aplicaciones como BALLView, que permiten usar directamente la API o integrar el programa mediante plug-ins. Además permite la salida directa de molecular en formato VRML. CAPITULO 4: Uso de ARToolKit e inclusión de moléculas Página 64 Desarrollo de una aplicación de Realidad Aumentada para simulación de moléculas Para la elección y creación de una molécula nos basamos en una molécula compleja y de fácil identificación como es un trozo de secuencia de ADN. Para crearla se optó por buscar su formulación en una base de datos www.rcsb.org en su forma de PDB. Una vez creamos la composición molecular la recuperamos para ARToolKit y seguimos trabajando desde Microsoft Visual Studio 2005 para crear la aplicación. 4.3.3 Búsqueda de marcas: Cálculo de la matriz de transformación En este punto describiremos el proceso mediante el cual la biblioteca ARToolKit es capaz de obtener el punto de vista del usuario mediante el cálculo de la matriz de transformación. Una de las labores más complicadas en el desarrollo de una aplicación de RA es, precisamente, el cálculo del punto de vista del usuario en tiempo real a la vez que las imágenes virtuales aparecen perfectamente alineadas con los objetos reales del mundo. En la figura 44 se puede ver una representación de como se transforma un punto que se capta por la cámara (en 3D) a un punto del monitor (en 2D). Fig. 44: Cálculo de la matriz de coordenadas de la cámara a partir de las coordenadas del patrón Al estar utilizando una cámara, se debe tener en cuenta el factor de distorsión producido por la lente de esta y corregirlo (Figura 45). ARToolKit ofrece, por defecto, un fichero de calibración de la cámara o bien un programa para obtener nuestra propia calibración. Mediante esta calibración realiza las operaciones para la corrección de dicha distorsión y obtener las coordenadas de la matriz para la cámara virtual, consiguiendo así dibujar los objetos correctamente. CAPITULO 4: Uso de ARToolKit e inclusión de moléculas Página 65 Desarrollo de una aplicación de Realidad Aumentada para simulación de moléculas Fig. 45: Distorsión producida por la lente de la cámara y corrección de esta distorsión. A continuación, se explica el proceso que sigue la herramienta para la estimación de la matriz de transformación. Utiliza el tamaño que se introduce mediante el fichero de los patrones previamente almacenados junto con la orientación y posición en la que se encuentran en la imagen y calcula la matriz de transformación adecuada. Mediante el análisis de la imagen (gráfico en figura 46) se obtiene la matriz de transformación representada en (eq.1) para pasar de las coordenadas del patrón a las coordenadas de la cámara (T CM ). Fig. 46: Relación existente entre las coordenadas del patrón y las coordenadas de la cámara CAPITULO 4: Uso de ARToolKit e inclusión de moléculas Página 66 Desarrollo de una aplicación de Realidad Aumentada para simulación de moléculas Una vez realizado el proceso de umbralización, se extraen las regiones cuyo contorno concuerda con cuatro segmentos. Las regiones se normalizan para ser comparadas con las plantillas almacenadas. Para este proceso de normalización se usa la transformación perspectiva (eq.2). Todas las variables de la matriz de transformación se determinan por substitución de las coordenadas de la pantalla y las coordenadas de los cuatro vértices del patrón encontrado por (x c , y c ) y (X m , Y m ) respectivamente. Después, ya se puede realizar el proceso de normalización mediante esta matriz de transformación. Cuando dos lados paralelos del cuadrado del patrón son proyectados en la imagen, se obtienen las siguientes ecuaciones para esos segmentos en las coordenadas de la cámara en pantalla: Para cada uno de los patrones, se obtienen estos valores. Dados estos segmentos y la matriz de proyección perspectiva P (eq.4) que se obtiene a partir de la calibración de la cámara, obtenemos mediante substitución los planos que incluyen estos dos lados de la marca (eq.5). CAPITULO 4: Uso de ARToolKit e inclusión de moléculas Página 67 Desarrollo de una aplicación de Realidad Aumentada para simulación de moléculas Dados estos dos planos, se obtiene la dirección del vector intersección formado por ambos mediante el producto de sus normales. Una vez calculados los dos vectores unitarios de dirección, se obtiene la componente de rotación V 3x3 en la matriz de transformación que quedaría especificado como [V 1t V 2t V 3t ]. Una vez obtenidos estos valores, existen en realidad 8 ecuaciones, de las cuales se obtiene el valor que falta para la componente de traslación W 3x1 [W x W y W z ]. Y por tanto, ARToolKit ya es capaz de obtener la matriz de transformación. 4.3.4 Calibración de la cámara 4.3.4.1 Calibrando por ARToolKit Las lentes de las cámaras introducen en la imagen una distorsión que provoca una deformación en la misma, de manera que la imagen que se ve a través de ellas es distinta a la imagen real que están capturando. Por este motivo se debe llevar a cabo un proceso de calibración de la cámara. Mediante este proceso se intenta corregir la distorsión introducida por la cámara. Para ello, ARToolKit proporciona un fichero denominado «camera_para.dat» que contiene los parámetros por defecto de la calibración. Estos parámetros son válidos para un amplio rango de cámaras. Sin embargo, si no se desea utilizar este fichero se puede generar nuestro propio fichero de calibración, mediante el programa «calib_camera2.exe». Este programa viene junto con ARToolKit y su manejo es bien sencillo. Se necesita un patrón consistente en 24 puntos, dispuestos en 6 columnas y 4 filas, separados 40 milímetros entre sí (también se encuentra dentro de ARToolKit) (Figura 47 (a)). Una vez que se dispone de este patrón lo que se trata es de ir marcando los puntos con el ratón de izquierda a derecha y de CAPITULO 4: Uso de ARToolKit e inclusión de moléculas Página 68 Desarrollo de una aplicación de Realidad Aumentada para simulación de moléculas arriba abajo, siguiendo siempre este orden (Figura 47 (b)). Se repite esta operación desde distintos ángulos (al menos 10 capturas) para obtener así un mejor resultado, y, por supuesto, es aconsejable que las condiciones lumínicas sean las mismas o parecidas a las que se usarán con la aplicación. Figura 47 (a) - Patrón de calibración Fig. 47 (b) - Proceso de calibración 4.3.4.2 Calibrando mediante programa externo No fue el caso de este equipo, y en general no hay problemas al calibrar con ARToolKit, pero en caso de que no nos detecte la cámara correctamente (aunque para eso ya hemos hecho la instalación de drivers, JMStudio y System Librari) deberemos calibrarla manualmente si no queremos usar el fichero de calibración proporcionado por defecto «camera_para.dat». En esta página Web se nos proporciona un programa y unas instrucciones para calibrar nuestra cámara: http://www.vision.caltech.edu/bouguetj/calib_doc/ Para ejecutar dicho programa necesitaremos una de las siguientes versiones de Matlab: Matlab 5.X, Matlab6.X, o Matlab 7.X. Y uno de los siguientes sistemas operativos: Windows, Unix o Linux. A continuación, explicaremos los pasos básicos que hay que seguir para usar el programa. • Descargamos el programa y lo descomprimimos en una carpeta. Por defecto, en «TOOLBOX_calib». • Ejecutamos Matlab y añadimos la ubicación del directorio al «path» principal de este. • Ejecuta la función de calibración principal «calib_gui». Entonces, aparecerá una ventana de selección en la pantalla que te permitirá escoger entre dos modos de operar: Estándar o eficiente. o Estándar: Todas las imágenes que se usan en la calibración son cargadas en memoria una vez y nunca se vuelve a leer del disco. Se pueden producir fallos de memoria si las imágenes son muy grandes. o Eficiente: Las imágenes se cargan una a una y nunca se guardan de forma permanente en la memoria. La forma de calibrar la cámara es bastante parecida a cómo la realiza ARToolKit. Se necesita un patrón, proporcionado por el programa. Una vez que se CAPITULO 4: Uso de ARToolKit e inclusión de moléculas Página 69 Desarrollo de una aplicación de Realidad Aumentada para simulación de moléculas dispone de este patrón lo que se trata es de ir marcando los puntos con el ratón de izquierda a derecha y de arriba abajo, siguiendo siempre este orden. Se repite esta operación desde distintos ángulos (al menos 24 capturas) para obtener así un mejor resultado y, por supuesto, es aconsejable que las condiciones lumínicas sean las mismas o parecidas a las que se usarán con la aplicación. En la siguiente dirección tenemos un ejemplo de calibración manual: http://www.vision.caltech.edu/bouguetj/calib_doc/htmls/example.html Para el desarrollo del presente proyecto se crearon varios ficheros de calibración manual. Sin embargo, debido a la escasez de tiempo y la dificultad que entraña una calibración correcta, finalmente se decidió utilizar el fichero que venía por defecto puesto que se comprobó que con este la distorsión era menor que con los generados. 4.3.5 Creación de patrones Los patrones constituyen una parte fundamental en el desarrollo de la presente aplicación de RA. Son marcas de seguimiento que permiten situar un objeto u otro en una determinada posición de la escena. Los hay de muchos tipos y todos ellos han de poder ser reconocidos por la aplicación. Para ello, primero se deben crear para posteriormente realizar un entrenamiento con los mismos. Para crear una nueva plantilla de reconocimiento basta con usar la marca en blanco (Figura 22) que proporciona ARToolKit, situar en su interior los símbolos que se deseen e imprimirlo para pasar al posterior entrenamiento mediante el programa denominado «mk_patt.exe». Figura 22 - Marca en blanco para la creación de patrones A la hora de elegir los mejores patrones que dibujar, éstos son aquellos que son asimétricos y que no tienen muchos detalles,. De esta manera la aplicación podrá distinguir fácilmente la orientación de la marca y lo hará lo más rápido posible. Estos son algunos ejemplos propuestos en Hit Lab de posibles patrones de entrenamiento. CAPITULO 4: Uso de ARToolKit e inclusión de moléculas Página 70 Desarrollo de una aplicación de Realidad Aumentada para simulación de moléculas Fig. 48: Posibles patrones de entrenamiento El funcionamiento del programa «mk_patt.exe» es el siguiente. Inicialmente solicita la introducción por teclado del nombre del fichero que contiene los valores de los parámetros de la cámara. Si no se escribe ninguno toma por defecto el fichero «camera_para.dat». Figura 49: Patrón durante el entrenamiento de la aplicación Seguidamente, se abrirá una ventana que muestra la imagen que captura la cámara. Para realizar el entrenamiento se debe colocar el patrón sobre una superficie plana e intentar mantener unas condiciones de iluminación similares a las que existirán cuando la aplicación se esté ejecutando. Entonces se debe coger la cámara, colocarla sobre el patrón apuntando directamente sobre él y girarla hasta que aparezca un cuadrado rojo y verde a su alrededor tal y como se muestra en la figura 49. Esto indica que el programa de reconocimiento ha encontrado el cuadrado alrededor de la marca. Una vez que el cuadrado ha sido encontrado y orientado correctamente se debe pulsar el botón izquierdo del ratón. Será entonces cuando se introduzca por teclado el nombre del fichero donde se almacenará el patrón. Una vez introducido el nombre del fichero, un bitmap del patrón es creado y copiado en su interior. Este será el que utilizará ARToolKit para identificar los patrones en tiempo de ejecución. Tras haber entrenado uno de ellos, otros pueden ser entrenados apuntándolos con la cámara y repitiendo el proceso antes descrito, o pulsar el botón derecho del ratón y abandonar la aplicación. Este procedimiento que se acaba de explicar de manera genérica es el que se lleva a cabo para la creación de todos los patrones presentes en la aplicación. En este caso las marcas elegidas han sido un conjunto de letras y palabras, intentando que sean lo más asimétricas posibles. En la figura 50 se vé un ejemplo de patrón creado. CAPITULO 4: Uso de ARToolKit e inclusión de moléculas Página 71 Desarrollo de una aplicación de Realidad Aumentada para simulación de moléculas Fig. 50: Patrones de letras y palabras A la hora de utilizar estos patrones hay que tener en cuenta una serie de pequeñas consideraciones. Por ejemplo, que los objetos virtuales solamente aparecerán cuando las marcas de seguimiento estén completamente visibles. En el momento en el que cualquier parte de la marca quede tapada (ya sea por la mano o por cualquier otro elemento), el objeto representado desaparecerá inmediatamente de la escena, por lo que se hará necesario el diseño de la «multimarca», formada por un conjunto de marcas y que funciona como una sola, con la ventaja de si una marca queda oculta, mediante cualquiera de las otras se puede conseguir la orientación y posición de los objetos. Otro hecho a tener en cuenta es el tamaño de los patrones. No es lo mismo reconocer un patrón de 4 centímetros que uno de 8 a una distancia fija de 30 centímetros. Esto es debido a que existen unas distancias máximas para que ARToolKit pueda reconocer el patrón en función de su tamaño. Por lo tanto, cuánto más grande sea la marca mayor podrá ser la distancia a la que se podrá situar la cámara para poder identificar el patrón. En este mismo sentido también influye la complejidad del patrón, puesto que cuánto más complejo sea más difícil será de reconocer. Así pues, los mejores patrones son aquellos que son simples y tienen grandes regiones de color blanco y negro. 4.3.6 Creación de la Aplicación de Realidad Aumentada Una vez tenemos todo el sistema configurado, tenemos los objetos a mostrar y las plantillas, cargamos el proyecto ARToolKit en Visual Studio, para ello hemos de configurarle al Visual Studio las rutas para que coja las librerías necesarias. Para el desarrollo de la aplicación, vamos paso a paso a través de la estructura de un programa existente, que modificaremos: SimpleTest.c Este programa consiste simplemente en una rutina gráfica principal y varias rutinas de dibujo. Las funciones que corresponden a la aplicación constan de seis pasos: 1. Iniciar la aplicación init 2. Coge un fotograma de entrada de vídeo arVideoGetImage 3. Detectar los marcadores arDetectMarker CAPITULO 4: Uso de ARToolKit e inclusión de moléculas Página 72 Desarrollo de una aplicación de Realidad Aumentada para simulación de moléculas 4. Calcula la transformación arGetTransMat 5. Dibuja los objetos virtuales draw 6. Cierra la captura de vídeo cleanup Los pasos de 2 a 5 se repiten indefinidamente en mainloop Las funciones más importantes son main, mainloop, init, draw y cleanup. Seguidamente veremos estas llamadas con un poco más de detalle. 4.3.6.1 Main La rutina de llamada es la siguiente en Simple.c: main(int argc, char *argv[]) { init(); arVideoCapStart(); argMainLoop(NULL, keyEvent, mainLoop ); } La rutina de inicialización de inicio contiene código para iniciar la captura de vídeo, la lectura de la marca y parámetros de la cámara y la configuración de la ventana gráfica. Esto corresponde al paso 1. A continuación, entramos en el estado en tiempo real, con una llamada a la función de vídeo arVideoCapStart. Después, la función llama argMainLoop que comienza el bucle principal del programa y asocia la función KeyEvent con los eventos de teclado y mainloop con la representación gráfica principal del bucle. La definición de argMainLoop está contenida en el archivo gsub.c. 4.3.6.2 Init La rutina de inicio se llama desde la rutina principal y se utiliza para inicializar la captura de vídeo y leer en los parámetros de aplicación inicial ARToolKit. Comienza abriendo la ruta de video y estableciendo el tamaño de la imagen. /* open the video path */ if(arVideoOpen(vconf ) < 0 ) exit(0); /* find the size of the window */ if(arVideoInqSize(&xsize, &ysize) < 0 ) exit(0); printf("Image size (x,y) = (%d,%d)\n", xsize, ysize); La variable vconf contiene la configuración de vídeo inicial y se define en la parte superior de simple.c. Para cada plataforma se define una cadena por defecto, que generalmente abre la primera secuencia de vídeo disponibles. Después, tenemos que inicializar los parámetros de aplicación. Los parámetros clave son: CAPITULO 4: Uso de ARToolKit e inclusión de moléculas Página 73 Desarrollo de una aplicación de Realidad Aumentada para simulación de moléculas por no estar en tiempo real. Se comprobó con la aplicación que se creó, al cargar los dos objetos complejos al unisono el sistema iba a golpes (Pentium Intel Core 2 Duo, Nvidia 8400, 4 GB de memoria) CAPITULO 4: Uso de ARToolKit e inclusión de moléculas Página 80 Desarrollo de una aplicación de Realidad Aumentada para simulación de moléculas CAPITULO 5 Conclusiones y trabajos futuros 5.1 Conclusiones Concluyendo con los editores moleculares, cada aplicación tiene unas características distintivas, pudiendo elegir según las necesidades. Hay editores que están más enfocados a hospitales, mientras que otros se ven claramente didácticos, muy simples y quizás escuetos. Dentro de que cada editor es independiente, se puede resaltar que todos tienen más o menos las mismas capacidades representativas de las moléculas, entre las que estaban la representación en bola, en palo o combinación. Además se vio, que por contra de la representación de estructura, la representación de colores no tiene una representación unánime. Respecto a la aplicación en ARToolKit e integración de moléculas a esta, se ha de destacar que al estar las representaciones en VRML, dan una gran visión de objeto integrado con movimiento ágiles. Pero en el momento que se carga a la aplicación con un gran número de moléculas y varias estructuras a la vez, le cuesta un poco reaccionar y cargar los objetos, haciendo un poco difícil integrar muchas estructuras complejas a la vez en una aplicación comercial directamente (en la que puede estar limitada de recursos). Se ha desarrollado este proyecto para estudiar las posibilidades que ofrece el mercado en el desarrollo de aplicaciones de edición moleculares, también se ha pretendido ofrecer una solución didáctica a la enseñanza, en especifico en el campo de la química, haciendo una aplicación de RA. Este tipo de aplicación pensamos que se puede utilizar de manera útil en sectores tales como: Educación y entretenimiento: Con el fin de facilitar la comprensión de los elementos químico, moléculas y reacciones. U observar reactivos y compuestos ante diversas situaciones. Evaluación: Ya que se representa una reproducción fidedigna de la molécula por la que se puede estar entrenando. 5.2 Trabajos futuros El mundo de la química tiene descubrimientos a diario y con cada descubrimiento se dedican más recursos, lo que conlleva a conseguir sistemas que nos faciliten más las interacciones moleculares, la visión espacial, y el cálculo de sus propiedades, por ello es seguro que cada vez se le va a exigir al mercado aplicaciones más rápidas, intuitivas y con más capacidades de síntesis y análisis. Así pues los programas aquí analizados en un tiempo van a ser sustituidos por sus sucesores que les superaran en varias características. Se tendrá que analizar, estudiar, y probar nuevas aplicaciones. Además también se pueden realizar aplicaciones de RA que intenten integrar directamente los archivos químicos, transformándolos directamente bajo demanda en un objeto de RA, sin necesidad de aplicación alguna de edición molecular. CAPITULO 5 Conclusiones y trabajos futuros Página 81 Desarrollo de una aplicación de Realidad Aumentada para simulación de moléculas Capitulo 6 Bibliografía [AEL09] Augmented Environments Lab; ARhrrr!, news 15 May 2009 http://www.augmentedenvironments.org/lab/research/handheld-ar/arhrrrr/ [Army09] Henderson, S.J.; Feiner, S.;(2009) Evaluating the benefits of augmented reality for task localization in maintenance of an armored personnel carrier turret . http://www.computer.org/portal/web/csdl/doi/10.1109/ISMAR.2009.5336486 [Azuma01] Azuma, R.; Baillot, Y.; Behringer, R.; Feiner, S.; Julier, S.; and MacIntyre, B.; (2001) Recent advances in augmented reality. IEEE Computer Graphics and Applications, 21 (6):34–47. [Azuma97] Azuma, R.T. (1997) A survey of Augmented Reality, Presence: Teleoperators and Virtual Environments, Vol. 6, N. 4, pp. 355 – 385. HYPERLINK «http://www.cs.unc.edu/~azuma/ARpresence.pdf» http://www.cs.unc.edu/~azuma/ARpresence.pdf [Benton04] Benton C. (2004) Augmented Reality for Maritime Navigation: The Next Generation of Electronic Navigational Aids. HYPERLINK "http://www.l3klein.com/navigation/looksea/projec_usa_augmented_reality_paper.pdf" http://www.l3klein.com/navigation/looksea/projec_usa_augmented_reality_paper.pdf [Bimber05] Bimber O., Raskar R.; (2005) Spatial augmented reality: merging real and virtual worlds. Pages 71-92 [BMWAR08] BMW Augmented Reality. BMW research projects - virtual world meets reality. Obtenido de HIPERLINK «http://www.bmw.com/com/en/owners/service/augmented_reality_introduction_1.html» http://www.bmw.com/com/en/owners/service/augmented_reality_introducti on_1.html [Dabpetch07] Dabpetch, A.; Viratanapanu, A.; Sukuntho, S.; Choochaisri, S.; Kunarittipol, W.;(2007) Larngear Technology. http://www.larngeartech.com/ [Esteban07] Esteban, P.; Restrepo, J.; Trefftz, H.; Jaramillo, J.E.; Alvarez, N.; (2007). La realidad aumentada: un espacio para la comprensión de conceptos del cálculo en varias variables. Universidad Eafit, Medellín, Colombia http://www.eafit.edu.co/EafitCn/Investigacion/Grupos/Ingenieria/RealidadVirtual/Reali dad+Virtual.htm [Feuerstein07] Feuerstein, M.; Navab, N.; and Bichlmeier, C.; (2007) Laparoscopic virtual mirror: New interaction paradigm for monitor based augmented reality. In Virtual Reality Conf, page 43–50. IEEE Press [Fruend02] Fruend, J., Grafe, M., Matysczok, C., Vienenkoetter, A (2002) AR-based Training and Support of Assembly Workers in Automobile Industry, The first IEEE International Workshop on Augmented Reality ToolKit [Grimson96] Grimson, W.E.L.; Ettinger, G.J.; Kapur, T.; Leventon, M.E.; Wells III, W.M.; Kikinis R.;(1996) "Utilizing Segmented MRI Data in Image-Guided Surgery." In IJPRAI. http://www.ai.mit.edu/projects/medical-vision/surgery/surgical_navigation.html Capitulo 6 Bibliografía Página 82 Desarrollo de una aplicación de Realidad Aumentada para simulación de moléculas [Henrysson06] Henrysson, A.; Billinghurst, M.; and Ollila M.; ( 2006) Ar tennis. In SIGGRAPH '06: ACM SIGGRAPH 2006 Sketches, page 13, New York, NY, USA. ACM [Hiroshi97] Hiroshi, I.; Brygg, U.; Tangible bits: towards seamless interfaces between people, bits and atoms. In CHI '97: Proceedings of the SIGCHI conference on Human factors in computing systems, pages 234–241, ew York, NY, USA, 1997. ACM. [Juan05] Juan, M.C., Alcañiz, M., Monserrat, Botella, C., Baños, R.M. and Guerrero, B. (2005) Using augmented reality to treat phobias., IEEE Computer Graphics and Applications. 25 (6): 31-37 [Juan06a] Juan, M.C., Joele, D. Baños, R., Botella, C., Alcañiz, M., Van Der Mast, C. (2006) A markerless augmented reality system for the treatment of phobia to small animals. The 9th international workshop on Presence – Presence 06. pp. 71-74 [Juan06b] Juan, M.C.; Baños, R.; Botella, C.; Pérez, D.; Alcañiz, M.; Monserrat, C. (2006) An Augmented Reality System for acrophobia: The sense of presence using immersive photography, Presence: Teleoperators & Virtual Environments, 15: 393-402 [Juan07] Juan, M.C., Alcañiz, M., Calatrava, J., Zaragoza, I., Baños, R., Botella, C. (2007) An Optical see-through Augmented Reality system for the treatment of phobias to small animals. LECTURE NOTES IN COMPUTER SCIENCE: ICVR 2007. Vol. 4563. pp. 651-659 [Juan08a] Juan, M.C.; Furió, D.; Mollá, R.; Vicent, M.J.; Vivó, R.; Giménez, M.; (2008) Edutainment games included as activities in the Summer School of the Technical University of Valencia, Rev. Game-On, pag. 147-151, Valencia [Juan08b] Juan, M.C.; Beatrice, F.; Cano, J.; Gimenez, M.; Augmented Reality for learning the interior of the Human Body (2008) IEEE International Conference on Advanced Learning Technologies Learning technologies in the Information Body , IEEE International Conference on Advanced Learning Technologies Learning technologies in the Information society (ICALT’08), pp. 186-188 [Juan10a] Juan, M. C.; Toffetti, G.; Abad, F.; Cano, J.; Tangible Cubes used as the user interface in an Augmented Reality game for edutainment (2010); IEEE International Conference on Advanced Learning Technologies, pp. 599-603 [Juan10b] Juan, M. C.; Llop, E.; Abad, F.; Lluch, J.; Learning words using Augmented Reality (2010); IEEE International Conference on Advanced Learning Technologies; pp. 422-426 [Kato99] Kato, H., Billinghurst, M. "Marker tracking and hmd calibration for a videobased augmented reality conferencing system.", In Proceedings of the 2nd IEEE and ACM International Workshop on Augmented Reality (IWAR 99), October 1999. pp 8595. Hiperlink: http://www.hitl.washington.edu/artoolkit/Papers/IWAR99.kato.pdf [Kaufmann10] Kaufmann, H.; (2010) Construct3D. An Application and Framework for using Augmented Reality in Mathematics and Geometry Education. Interactive Media Systems Group,Vienna University of Technology. http://www.ims.tuwien.ac.at/research/construct3d/ Capitulo 6 Bibliografía Página 83 Desarrollo de una aplicación de Realidad Aumentada para simulación de moléculas [Klinker99] Klinker G., Stricker D., Reiners D. Augmented Reality: A Balance Act between High Quality and Real-Time Constraints (1999) HYPERLINK "http://wwwbruegge.in.tum.de/publications/includes/pub/%20klinker1999ismr/" http://wwwbruegge.in.tum.de/publications/includes/pub/klinker1999ismr/klinker1999is mr.pdf [Klopfer08] Klopfer, E.; (2008) Augmented Learning Research and Design of Mobile Educational Games MIT Handheld Augmented Reality Simulations. Hiperlink: http://education.mit.edu/ar/ [Looser07] Looser, J.; Billinghurst, M.; Grasset, R.; and Cockburn, A.; An evaluation of virtual lenses for object selection in augmented reality. In GRAPHITE '07: Proceedings of the 5th international conference on Computer graphics and interactive techniques in Australia and Southeast Asia, pages 203–210, New York, NY, USA, 2007. ACM. [Martens04] Martens, J.B; Qi, W.; Aliakseyeu, D.; J. F. Kok, A.; and van Liere, R.; (2004) Experiencing 3d interactions in virtual reality and augmented reality. In EUSAI '04: Proceedings of the 2nd European Union symposium on Ambient intelligence, pages 25–28, New York, NY, USA. ACM. [Matysczok02] Matysczok, C., Fruend, J., Radkowski, R. (2002)AR-based Product Design in Automobile Industry, The First IEEE International Augmented Reality Toolkit Workshop [Mourkoussis04] Mourkoussis, F.; White, N.; Darcy, M.; Sifniotis, J.; Petridis, M.; Basu, P.; Lister P.F., A.; (2004); Web3D and Augmented Reality to support Engineering Education. Liarokapis, World Transactions on Engineering and Technology Education, UICEE, 3(1): 11-14. [Oliver09] Oliver J.; (2009) LevelHead. International Symposium on Mixed and Augmented Reality. Orlando, Florida, USA. http://www.ismar09.org/ [Oviatt99] Oviatt S.; (1999) Ten myths of multimodal interaction. Commun. ACM, 42 (11):74–81. [Pérez07] Pérez, D., Juan, M.C., Alcañiz, M., Baños, R., Botella, C. (2007) Two similar systems for the treatment of acrophobia. An Augmented Reality system and a Virtual Reality system. LECTURE NOTES IN COMPUTER SCIENCE: ICVR 2007. pp. 850-854. [PNM09] Presentacion Project atal de Microsoft en E3, los angeles, USA,2009. http://www.xbox.com/es-ES/news-features/news/Project-Natal-in-detail-050609.htm [Potalés08] Portalés, C.; (2008). Tesis Doctoral: Entornos Multimedia de Realidad Aumentada en el Campo del Arte. Doctorado: Artes Visuales e intermedia. Páginas:6769. Sección 1.2.2. [Regenbrecht05] Regenbrecht H.; Dunedin, Baratoff G.; Regensburg; Wilke W, Ulm; IEEE COMPUTER GRAPHICS AND APPLICATIONS FINAL MANUSCRIPT University of Otago, Siemens VDO Automotive AG and DaimlerChrysler AG; November / December 2005 Capitulo 6 Bibliografía Página 84 Desarrollo de una aplicación de Realidad Aumentada para simulación de moléculas [Reitmayr05] Reitmayr, G.; Eade, E.; and Drummond T.; ( 2005) Localisation and interaction for augmented maps. In ISMAR '05: Proceedings of the Fourth IEEE and ACM International Symposium on Mixed and Augmented Reality, pages 120–129, Washington, DC, USA,. IEEE Computer Society. [Rohs06] Rohs M.; (2006) Marker-based embodied interaction for handheld augmented reality games. Journal of Virtual Reality and Broadcasting, 4 (5). [SanFrutos03] San Frutos, J.; (2003) Internet para la enseñanza de la Química. Cap. ¿Qué es la química? Dep. CCTT Físico químicas. UNED. Hiperlink: http://encina.pntic.mec.es/~jsaf0002/p1.htm [SCAT10] Specialist Schools and Academies Trust. LearnAR. (2010). Hiperlink: https://www.ssatrust.org.uk/achievement/future/Pages/AugmentedReality.aspx [Sirna09] Sirna G.; (2009) ARQ, realidad aumentada para Diseñadores de interiores y Arquitectos. Innovar 2009; http://www.inventionary.com.ar/2009/10/24/arq-realidadaumentada-para-disenadores-y-arquitectos-innovar-2009/ [Straíer05] Straíer W Fischer J, Bartz D. Intuitive and lightweight user interaction for medical augmented reality. In Proceedings of vision, modeling, and visualization, pages 375–82, 2005. [Theodore03] Theodore L. Brown,Bruce E. Bursten,Julia R. Burdge; (2003) Química: La Ciencia Central. Capitulo 1-2. pp. 1-74 [Thomas00] Thomas, B., Close, B., Donoghue, J., Squires, J., De Bondi, P., Morris, M., and Piekarski, W.; (2000) ARQuake: An Outdoor/Indoor Augmented Reality First Person Application. In 4th Int’l Symposium on Wearable Computers, pp 139-146, Atlanta, Ga, USA. http://wearables.unisa.edu.au/projects/arquake/ [Tripathi00] Tripathi A.; (2000) Augmented reality : an application for architecture. A Thesis Presented to the Faculty of the school of architecture university of southern California; In Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree Master of building science (Building Science). Se puede encontrar en: http://www.usc.edu/dept/architecture/mbs/thesis/anish/thesis_report.htm [Woods02] Woods, E.; Binder, G.; Stangl, M.; Billinghurst, M.; (2002) Magic Book . The Human Interface Technology Laboratory New Zealand (HIT Lab NZ), University of Canterbury, Christchurch, New Zealand. Hiperlink: http://www.hitlabnz.org/wiki/Black_Magic_Book Capitulo 6 Bibliografía Página 85 Desarrollo de una aplicación de Realidad Aumentada para simulación de moléculas Glosario Alámbrico: Tipo de visualización de entornos 3D en los que sólo se ven los puntos, rectas, superficies, etc. API: Interfaz de programación de aplicaciones. Es un conjunto de funciones y procedimientos que ofrece cierta biblioteca para ser utilizado por otro software como una capa de abstracción. HMD: Dispositivo de visualización que utilizan pequeñas pantallas enfrente de los ojos. IDE: Es un entorno de programación integrado en una aplicación software que proporciona una interfaz gráfica, un editor de texto, un compilador y un depurador. Plataforma: Principio sobre el cual se constituye un hardware, sobre el que un software puede ejecutarse y desarrollarse. Plug-in: Aplicación que se relaciona con otra para aportarle funciones nuevas y generalmente muy específicas. Realidad Aumentada: Sistema que enriquece el mundo real con elementos virtuales, generados mediante ordenador, que coexisten en un mismo espacio con los objetos reales, además existe una interacción en tiempo real y una localización 3D. Realidad Virtual: un entorno tridimensional, interactivo y generado por ordenador en el cual se sumerge una persona. SDK: Conjunto de herramientas de desarrollo que le permite a un programador crear aplicaciones para un sistema bastante concreto. See-through HMD: Tecnología para mostrar gráficos sobre la vista del mundo real que utilizan mezcla de vídeo y muestran las imágenes mezcladas en un HMD sin visión directa del mundo real. Umbralización: Técnica que permite determinar qué puntos corresponderían a la marca y cuáles no. Glosario Página 86