Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones

! ! UNIVERSIDAD POLITECNICA DE VALENCIA ESCUELA POLITECNICA SUPERIOR DE GANDIA MASTER EN POSTPRODUCCION DIGITAL ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! “REALIDAD AUMENTADA. FUNDAMENTOS Y APLICACIONES” ! ! ! TRABAJO FINAL DE MASTER. Tipo 1 Trabajo de investigación. Autora: Rocio Vian Gimeno. Directora: Elisa March. Gandia, septiembre 2011. ! Agradecimientos En primer lugar, agradecer enormemente a mi tutora Elisa March haberme dirigido y asesorado para la realización de esta tesina de investigación. En segundo lugar, esta tesina está dedicada a mi madre, mis hermanas y mis sobrinos por las dosis de realidad aumentada que cada una de estas personas me han dado para seguir adelante con esta tesina. ! I ÍNDICE GENERAL ! ÍNDICE FIGURAS ................................................................................................ III 1. INTRODUCCIÓN ............................................................................................ 1 1.1. Justificación ......................................................................................................... 2 1.2. Objetivos e Hipótesis .......................................................................................... 3 1.3. Metodología ........................................................................................................ 4 1.4. Estructura del trabajo .......................................................................................... 6 2. FUNDAMENTOS DE LA REALIDAD AUMENTADA .................................... 8 ! 2.1. Concepto de Realidad Aumentada ..................................................................... 8 2.2. Elementos necesarios para el sistema de Realidad Aumentada ...................... 12 2.2.1. Elemento capturador: cámara digital. ........................................................ 13 2.2.2. Elemento procesador: software integrado en un dispositivo electrónico. .. 14 2.2.3. Elemento sobre el que proyectar la señal de RA: monitor sólo o junto a unos altavoces o auriculares. .................................................................................. 34 2.2.4. Elementos para situar los objetos virtuales dentro de la realidad. ............. 37 2.2.4.1. Marcadores ..................................................................................................................... 37 2.2.4.2. GPS, brújulas, acelerómetros. ...................................................................................... 42 2.2.4.3. Reconocimiento de objetos. ......................................................................................... 44 2.3. Fases del proceso de realidad aumentada ...................................................... 45 2.3.1. Captación de la escena. ............................................................................. 46 2.3.2. Identificación de la escena. ........................................................................ 48 2.3.3. Mezclado mundo real y mundo virtual. ...................................................... 49 2.3.4. Visualización. ............................................................................................. 50 ! 3. PRINCIPALES HITOS EN LA HISTORIA DE LA REALIDAD AUMENTADA ………………………………………………………………………………………52 ! II 4. DIFERENCIAS ENTRE REALIDAD VIRTUAL Y REALIDAD AUMENTADA ………………………………………………………………………………………72 4.1. Virtuality Continuum ........................................................................................... 72 4.2. Rasgos Diferenciales ......................................................................................... 73 4.2.1. Tipo de contenido mostrado. ....................................................................... 73 4.2.2. Dependencia del entorno virtual. ................................................................ 74 4.2.3. Inmersión del usuario. ................................................................................. 75 4.2.4. Inconvenientes. ........................................................................................... 77 ! 5. APLICACIONES DE LA REALIDAD AUMENTADA ................................. 78 5.1. RA MEDICINA ................................................................................................... 79 5.1.1. Cirugía. ........................................................................................................ 80 5.1.2. Formación para los profesionales y estudiantes médicos. ......................... 82 5.1.3. Psicología .................................................................................................... 82 5.2. RA FABRICACIÓN/REPARACIÓN .................................................................... 86 5.3. RA ANOTACIONES Y VISUALIZACIÓN ........................................................... 88 5.4. RA ENTRETENIMIENTO Y JUEGOS ............................................................... 93 5.5. RA PUBLICIDAD ............................................................................................... 99 5.6. RA EDUCACIÓN ............................................................................................. 101 5.7. RA MILITAR ..................................................................................................... 104 ! 6. CONCLUSIONES ....................................................................................... 106 ! 7. BIBLIOGRAFÍA .......................................................................................... 109 7.1. Artículos y revistas. .......................................................................................... 115 7.2. Páginas webs ................................................................................................... 116 ! ! III ÍNDICE FIGURAS Figura 1: Concepto de Realidad aumentada. ....................................................... 9! Figura 2: Componentes de la RA. ....................................................................... 12! Figura 3: Marcador utilizado por ArtToolkit, BuildAR y Atomic. .......................... 15! Figura 4: Marcadores utilizados por ArtToolkit, BuildAR y Atomic. ..................... 15! Figura 5: Ejemplo de programa de reconocimiento de imágenes y orientación espacial. Programa ARToolkit. ........................................................................... 16! Figura 6: Funcionamiento de ArtToolkit. ............................................................. 19! Figura 7: Programa BuildAR. ............................................................................. 21! Figura 8: Marcador por defecto para el programa BuildAR. ............................... 22! Figura 9: Marcadores para el programa BuildAR. ............................................... 23! Figura 10: Visualización objeto virtual con el programa BuildAR. ...................... 24! Figura 11: Icono Add markers to be tracked del programa BuildAR. ................. 24! Figura 12: RA con el programa BuildAR. .......................................................... 25! Figura 13: Visualización de los ejes de traslación, rotación y escala en BuildAR. ............................................................................................................................ 25! Figura 14: Paso 1, seleccionar Marcador (botón rojo) en Atomic. ..................... 26! Figura 15: Tipos de marcadores en Atomic. ...................................................... 27! Figura 16: Paso 2, apretar botón Objeto 3D (fucsia) en Atomic. ....................... 27! Figura 17: Paso 3, Guardar (botón amarillo) en Atomic. .................................... 28! Figura 18: Paso 4, apretar Ejecutar (botón azul) en Atomic. ............................ 28! Figura 19: RA con el programa Atomic. ............................................................. 29! Figura 20: Creación de objetos 3D en Google SketchUp. .................................. 30! ! IV Figura 21: Ejemplo de programa para superposición de imágenes, en tiempo real. Aplicación Layar. ......................................................................................... 31! Figura 22: Layer Turismo Valencia. .................................................................... 32! Figura 23: Aplicación Layar para obtener información de Valencia. ................... 32! Figura 24: Ejemplo de programa para superposición de imágenes, en tiempo real. Aplicación TwittARound. .............................................................................. 33! Figura 25: Ejemplo de tweets escritos en la plataforma de comunicación Twitter. ............................................................................................................................. 34! Figura 26: Gafas Vuzix modelo 920 AR. ............................................................. 36! Figura 27: Ejemplos de marcadores para RA. .................................................... 38! Figura 28: Código QR. ......................................................................................... 39! Figura 29: Marca Híbrida. .................................................................................... 39! Figura 30: Programa NyARToolkit. ...................................................................... 40! Figura 31: Invizimals. ........................................................................................... 42! Figura 32: Reconocimiento de objetos. ............................................................... 45! Figura 33: Proceso de RA. .................................................................................. 46! Figura 34: Helmet Mounted Display. ................................................................... 47! Figura 35: Head Up Displays. .............................................................................. 48! Figura 36: Magic Lens. ........................................................................................ 51! Figura 37: Magic Mirror. ...................................................................................... 51! Figura 38: Sensorama. ........................................................................................ 53! Figura 39: Usuario utilizando la máquina Sensorama. ....................................... 54! Figura 40: Head Mounted Display de Sutherland. ............................................... 55! Figura 41: Usuario utilizando Head Mounted Display de Sutherland. ................. 55! Figura 42: Videoplace, usuario interactua con objetos virtuales. ........................ 56! ! V Figura 43: Videoplace de Myron Krueger. ......................................................... 57! Figura 44: Visor de Realidad Aumentada. .......................................................... 57! Figura 45: Usuario utilizando el dispositivo Karma. ............................................ 58! Figura 46: Ejemplo marca gráfica utilizada en ARToolKit. .................................. 59! Figura 47: Relación entre las posiciones del marcador RA y la cámara. ............ 60! Figura 48: Integración objetos 3D sobre marcador en ARToolKit. ...................... 61! Figura 49: ARQuake, los personajes de Quake se integran en el escenario real de la Universidad del Sur de Australia. ............................................................... 62! Figura 50: Equipamiento tecnológico de ARQuake. ........................................... 63! Figura 51: Dispositivo móvil con Wikitude AR Travel Guide. ............................ 63! Figura 52: Demostración de realidad aumentada con Wikitude AR Travel Guide. ............................................................................................................................ 64! Figura 53: Ejemplo de realidad aumentada con librería FLARToolkit. ................ 65! Figura 54: Logo oficial de realidad aumentada. .................................................. 66! Figura 55: Usuario dirige el marcador para visualizar el curriculum de realidad aumentada de David Wood. ................................................................................ 67! Figura 56: El candidato David Wood realiza una pequeña presentación para darse a conocer su curriculum de realidad aumentada. ..................................... 68! Figura 57: En el curriculum de RA, la imagen virtual del candidato se apoya en otros elementos virtuales (texto, imagen 3D, sonido) que lo hacen más atractivo. ............................................................................................................................ 68! Figura 58: RA en la revista Fotogramas. ............................................................ 69! Figura 59: Gafas RID AiRscouter. ....................................................................... 71! Figura 60: Representación de la definición Vitually Continuum. ......................... 72! Figura 61: Contenido mostrado por la Realidad Virtual ...................................... 73! Figura 62: Contenido mostrado en la realidad aumentada. ................................ 74! ! VI Figura 63: Dependencia ubicación información virtual en la realidad aumentada ............................................................................................................................. 75! Figura 64: Realidad Virtual, inmersión del usuario en un mundo artificial. .......... 76! Figura 65: Realidad Aumentada, mantiene el mundo real .................................. 76! del usuario y introduce el mundo virtual. ............................................................. 76! Figura 66: RA en la medicina. ............................................................................. 81! Figura 67: Realidad aumentada utilizada para la formación. .............................. 82! Figura 68: RA aplicada en terapias de fobias insectos. ..................................... 85! Figura 69: RA aplicada en el tratamiento de la acrofobia. .................................. 85! Figura 70: RA en Fabricación/ Reparación. ........................................................ 86! Figura 71: RA en Fabricación de aviones. ......................................................... 88! Figura 72: RA en Anotaciones/Visualización ....................................................... 88! Figura 73: Layer Equipamiento Valencia. ........................................................... 90! Figura 74: Layer Transporte público de Valencia. .............................................. 91! Figura 75: Layer Turismo Valencia. .................................................................... 92! Figura 76: Layer Fallas de Valencia. .................................................................. 92! Figura 77: RA aplicada anotaciones y visualización de Valencia. ....................... 93! Figura 78: Equipamiento tecnológico de ARQuake. ............................................ 94! Figura 79: ARhrrr. Juego de Ra para dispositivo móvil. ..................................... 95! Figura 80: Kweekies. Juego de Ra para dispositivo móvil. ............................... 96! Figura 81: Ghostwire. Juego de Ra para NIntendo. ............................................ 97! Figura 82: Invizimals. ........................................................................................... 98! Figura 83: Sensor de movimiento Kinect. ............................................................ 98! Figura 84: RA con la consola Xbox36O y Kinect. ............................................. 99! Figura 85: Usuario probándose gafas gracias a la RA. ..................................... 101! Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 5! En primer lugar, se ha realizado una búsqueda y recopilación de material teórico relacionado con el objeto de estudio. A este respecto hay que tener en cuenta lo siguiente: La modalidad de investigación escogida para realizar esta tesina conlleva una metodología de trabajo especifica. Es necesario realizar un estudio exhaustivo previo en busca de todo tipo de información (desde la generada por expertos de la materia hasta la creada por consumidores de esta tecnología) procedente de diversas fuentes (video, imagen fija, recursos electrónicos, libros, artículos de revistas…) que conlleve a recopilar una documentación especifica sobre la materia a investigar. No sólo se trata de conseguir información, sino se trata que esta información permita conocer la temática sobre la que se centra la tesina para poder realizarla teniendo los cimientos necesarios para poder confeccionarla bajo la modalidad de investigación. Dada la temática reciente y los continuos avances tecnológicos se hace aún más necesario ser consciente de la necesidad de recurrir a informaciones lo más recientes posibles con las que poder conseguir un tipo de información que no sea obsoleta, pero sin olvidar que es preciso que sea veraz y rigurosa. El análisis y estudio de la información recopilada permitirá, por último, extraer conclusiones sobre la tecnología y los campos de aplicación de la misma. Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 6! 1.4. Estructura del trabajo La estructura que la tesina posee, a nivel conceptual, se configura en dos partes: la primera se basa en analizar y dar a conocer cuáles son los fundamentos de la Realidad Aumentada. La segunda parte se centra en el estudio y análisis de las aplicaciones que tiene dicha tecnología. Desde un punto de vista, más riguroso y exhaustivo, estas dos partes se subdividen de la siguiente manera: • El primer apartado engloba los fundamentos de la Realidad Aumentada, para ello se parte del concepto de Realidad Aumentada acudiendo a expertos de la materia que ayudan a crear un perfil definitorio de la tecnología. Posteriormente se pasa a enumerar y a explicar los elementos fundamentales que posee dicha tecnología que contribuyen a conseguir cumplir el primer objetivo marcado, es decir, conocer los fundamentos de la Realidad Aumentada. Para finalizar este apartado se realiza un recorrido de las fases del proceso del sistema que contribuyen a profundizar en la relación que existe entre los elementos que forman dicha tecnología a la vez que ayudan a cerrar este primer apartado. • El segundo apartado se centra en realizar un perfil histórico de la Realidad Aumentada desde su aparición hasta prácticamente la época actual. Este apartado también contribuye a la creación de unas necesarias bases con las que construir los cimientos conceptuales que debe de tener un trabajo de investigación cuyo uno de los objetivos es investigar los fundamentos de la Realidad Aumentada. Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 7! • En el tercer apartado se establecen las diferencias entre la tecnología Virtual y la tecnología Realidad Aumentada. Pues esta última no es un fenómeno aislado sino que su nacimiento se debe, en parte, y se interactúa con los fenómenos próximos a él. En el caso de la Realidad Aumentada es perfectamente demostrable su relación con la Realidad Virtual. Debido a ello no se puede pasar por alto destacar la importancia que tiene para el trabajo, relacionar el concepto de Realidad Aumentada con el concepto de Realidad Virtual. Pues son dos fenómenos tecnológicos que presentan diferencias y que “conviven y compiten” por alcanzar su cuota de mercado en la actualidad. • En el cuarto apartado se hace un recorrido por algunas de las aplicaciones que a la tecnología Realidad Aumentada se le ha dado o se le está empezando a dar. Estas aplicaciones se engloban dentro de campos tan diversos como la medicina, la fabricación, el entretenimiento, etc. La creación de este apartado conlleva conseguir cumplir el segundo objetivo marcado en la tesina, el cual consiste en investigar y profundizar en las aplicaciones de la Realidad Aumentada. • En el quinto apartado se realizan las conclusiones que han propiciado la tesina no sólo en su fase previa de investigación sino también durante la creación y finalización de la tesina. Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 8! 2. FUNDAMENTOS DE LA REALIDAD AUMENTADA 2.1. Concepto de Realidad Aumentada Bajo la nomenclatura Realidad Aumentada se engloba una tecnología de corta vida1, pero con amplias posibilidades de asentarse en las distintas esferas de la realidad. La realidad aumentada (en inglés Augmented Reality ó AR2) consiste en combinar, en tiempo real, información proveniente del mundo real (imagen y sonido) con información que procede del mundo virtual (figura 1). Por información procedente del mundo virtual, se puede entender elementos tales como objetos gráficos bidimensionales o tridimensionales, textos, vídeos y audio; todos ellos generados artificialmente que se sincronizan y superponen al mundo real. De este modo el usuario, participe de esta experiencia tecnológica, consigue ampliar y complementar la información del mundo real gracias a la información aportada por el mundo virtual, pero sin abandonar nunca la realidad. !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 1 Ver el apartado “3. Principales hitos en la historia de la realidad aumentada” de 2 Término empleado por diversos autores y expertos de la materia y que se utilizará, en diversas ocasiones, durante esta tesina de investigación. Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 9! La realidad aumentada aporta al usuario una mayor percepción e interacción con el entorno real donde se encuentra, debido a que los objetos virtuales cumplen la función de aportarle información que no puede detectar directamente por sus sentidos y por tanto complementan las capacidades de estos consiguiendo que la interacción usuario-realidad sea mayor. Para que esta combinación entre el mundo real y mundo virtual sea más efectiva es necesario que: • El entorno virtual se parezca lo más posible a la manera tridimensional en que percibe el ser humano el mundo real. De ahí que en el entorno de la realidad aumentada prevalezca la creación de objetos virtuales tridimensionales acompañados, incluso de sonidos para una mayor combinación y fusión de ambos mundos. Los objetos virtuales bidimensionales y los textos también existen Figura 1: Concepto de Realidad aumentada. Imagen real (foto izquierda) + Imagen virtual (foto medio)= RA (foto derecha) Fuente 1: LabHuman. “Ruta del Conocimiento“. FEMEVAL 27 Mayo 2011. Valencia. p.28. ‹http://issuu.com/cgce/docs/presentaci_n_gen_rica_ labhuman› [Consulta: 10 de junio de 2011]. Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 10! aportando igualmente información sobre las características del paisaje real en el que se integra. • El sistema virtual responda, en tiempo real, al usuario al igual que lo hace el mundo real. • Los objetos virtuales deben de estar perfectamente sincronizados con el entorno real en el que el usuario los percibe. Si no existe esa correlación, el usuario no verá ambos mundos conectados. Jesús Fernando Monreal4 dice sobre la RA “en un sentido técnico instrumental un campo de visualidad aumentada puede definirse como un terreno donde existen interacciones entre el universo de la información digitalizada y el mundo ordinario”5. Con esta definición se vuelve a recurrir al término “interacción” como premisa necesaria a cumplir en el sistema de RA. Josep Català6 comenta de la RA que “la mayor originalidad del dispositivo reside en el hecho de que, a través del mismo, la información se !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 4 Monreal, Jesús Fernando. Investigador perteneciente al área de Investigación y Documentación del Centro Nacional de las Artes de Calzada de Tlalpan, México. 5 Monreal, Jesús. “Ergonomías de la mirada. Sobre arte y visualidad en el prisma de la realidad aumentada”. Proyecto realizado a través del Programa de Apoyo a la Producción e Investigación en Arte y Medios del Centro Multimedia del Centro Nacional de las Artes, Méjico. p.18. 6 Català, Joseph. Escritor y profesor de la asignatura de Estética de la Imagen de la Universidad Autónoma de Barcelona. Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 11! fusiona con la visión”7. El escritor de esta manera hace recordar la confluencia que existe en la Realidad Aumentada entre aquello observado por el usuario (mundo real) y la información aportada por el mundo virtual a lo visto por el usuario. José Carlos Cortizo8 y Luis Ignacio Díaz9 en su artículo titulado “Realidad Aumentada”10 recurren a la definición dada por Ronald Azuma la cual dice que la RA es un sistema en el que : • Se combina el mundo real y mundo virtual • Es interactivo en tiempo real. • Se registra en 3D. Estos autores se amparan en una de las definiciones más relevantes que existe sobre la RA y que sintetiza a la perfección el concepto de RA. Una vez asentadas las bases del concepto RA, se hace necesario avanzar aun más en la investigación sobre dicha tecnología que !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 7 Català, Josep M. 2005. La imagen compleja. La fenomenología de las imágenes en la era de la cultura visual. Barcelona: Universitat Autónoma de Barcelona. Serveis de Publicació. p. 600. 8 Cortizo, José Carlos. Profesor e investigador en la Universidad Europea de Madrid y director técnico de la empresa BrainSINS. 9 Díaz, Luis Ignacio. Ingeniero en Informática y Licenciado en Administración de Empresas por la Universidad Europea de Madrid. 10 Para ver artículo completo, se recomienda visitar la siguiente dirección web ‹www.madrimasd.org/blogs/sistemas_inteligentes/2008/03/21/87063› Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 12! ayude a cumplir uno de los objetivos propuestos en la investigación, es decir, descubrir los fundamentos de la RA. 2.2. Elementos necesarios para el sistema de Realidad Aumentada Para que el sistema de RA se produzca es necesario que existan cuatro elementos (figura 2), como mínimo, que son: • Elemento capturador: cámara digital. • Elemento procesador: software integrado en un dispositivo electrónico. • Elemento sobre el que proyectar la señal de RA: monitor. • Elementos para situar los objetos virtuales dentro de la realidad: marcadores, elementos de localización, reconocimientos de objetos. Figura 2: Componentes de la RA. Fuente 2: Mendiguchía, Aurelio. Octubre-Noviembre 2010. “Realidad Aumentada. Una oportunidad de negocio”. Envíen. (13): 21. Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 13! Cada de uno de estos elementos, cumple una función específica que a continuación se pasará a explicar: 2.2.1. Elemento capturador: cámara digital. Su función, dentro del proceso de realidad aumentada, es captar la información del mundo real y enviarla al software12 dedicado de realidad aumentada. Se requiere que la cámara cumpla unos requisitos técnicos básicos, como son que grabe correctamente y que transmita dicha información al software del sistema. Por tanto, no se requiere una gran inversión económica para obtener una cámara que sirva para el sistema de realidad aumentada. Aunque es evidente que cuanta mayor resolución tenga la cámara, mayor calidad tendrá la imagen real y por tanto el resultado final será más óptimo. La cámara puede ser independiente del display de visualización13 de la señal de RA o integrarse en él. Hoy en día esta última posibilidad es más probable, ya que la mayoría de dispositivos de !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 12 El software forma parte de los elementos básicos del proceso de la RA. Para más información sobre este elemento, consultar el apartado “2.2.2. Elemento procesador: software integrado en un dispositivo electrónico”. 13 El display de visualización es también un elemento necesario del sistema de RA. Para más información sobre este elemento, consultar el apartado de esta tesina “2.2.3 Elemento sobre el que proyectar la señal de RA: monitor sólo o junto a unos altavoces o auriculares”. Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 14! visualización14 (ordenador, videoconsola, tablet, smartphone, gafas especiales) utilizados en la realidad aumentada poseen cámara incorporada. 2.2.2. Elemento procesador: software integrado en un dispositivo electrónico. Es necesario tener un programa específico de realidad aumentada que sea capaz de interpretar la información que recibe el usuario del mundo real, crear la información virtual que se necesita y combinarla de forma correcta. Este elemento (software) se puede instalar y utilizar en dispositivos electrónicos como ordenadores, videoconsolas, tablets, smartphones. Los cuales, como ya se ha dicho, también pueden actuar como dispositivos de visualización de la RA. Aurelio Mendiguchía15 indica que “los programas necesarios para poder llevar a buen fin una aplicación de RA son: Programas de reconocimiento de imágenes y orientación espacial y Programas para superposición de imágenes, en tiempo real ”16. Dentro del primer grupo, !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 14 En el apartado de esta tesina “2.2.4 Elementos sobre el que proyectar la señal de RA: monitor sólo o junto con altavoces o auriculares” se explica con más detalle los dispositivos de visualización que existen en la realidad aumentada. 15 Mendiguchía, Aurelio. Director Técnico del Instituto Tecnológico y Gráfico Tajamar (Madrid) y licenciado en Ciencias Físicas por UAM (Madrid). 16 Mendiguchía, Aurelio. Octubre-Noviembre 2010. “Realidad Aumentada. Una oportunidad de negocio”. Envíen (13): 21-22. Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 21! 2. Entrar en el programa BuildAR dónde se visualiza una ventana (figura 7) que posee diferentes iconos tales como Reset, Open a Scene, Save the scene, etc. Debajo de estos iconos se muestra dos espacios diferenciados, en el lado izquierdo se encuentra en modo árbol un recorrido que empieza con Scene, sigue con Markers, Hiro y acaba con data/models/box.ive. En la parte derecha se muestra una pantalla de visualización de lo que la cámara capta. ! 3. Utilizar el marcador por defecto de BuildAR (figura 8) o crear un marcador propio (figura 9). En el caso de que el usuario no haya utilizado antes el programa se recomienda optar por la opción sencilla de usar el marcador que por defecto trae el programa. Para ello, se tiene ir al disco duro a buscar la carpeta donde se instaló el programa que normalmente es en la carpeta Archivos de programa. Una vez encontrada la carpeta, hay que buscar la carpeta DATA Fuente 7: www.hitlabnz.org/index.php/products/buildar Figura 7: Programa BuildAR. Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 22! y dentro de esta la carpeta PATTERNS. En esta carpeta está el archivo pattHiro.pdf que es el marcador que por defecto trae el programa asociado al archivo box.ive y que hay que imprimir. También se puede crear un marcador propio, para ello se recomienda utilizar programas como Photoshop, Blender, etc para crear una marca con formato BMP ó Gif. Luego en el programa BluidAR, esta marca se modifica para obtener una imagen con un recuadro (que es la que se debe imprimir) y un archivo con una extensión PATT que es el que utiliza el programa para reconocer la marca. La apariencia de un marcador por defecto o un marcador creado es la misma (figura 8 y 9), ya que ambos son cuadrados de imagen donde se integran figuras en blanco y negro o mapa de bit en color enmarcada de negro. Pues el programa reconoce los bordes del marca en una Fuente 8: www.taringa.net/posts/ciencia-educacion/9469832/RealidadAumentada-Tutorial.html Figura 8: Marcador por defecto para el programa BuildAR. Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 23! primera fase y luego vincula la figura o imagen que se encuentra dentro. 4. Confeccionar el objeto virtual que aparece cuando la cámara capta la marca, este objeto puede ser en 2D ó 3D, También el objeto virtual puede ser un video, un texto o un sonido. Para confeccionar esta realidad virtual se recurre a programas de diseño 3D tales como Blender, 3Dmax, Rhinoceros o a otro tipo de programas para la creación de un video, texto, etc. 5. En el caso que se haya optado por el marcador por defecto hace falta mostrar dicho marcador por defecto impreso a la cámara web y el programa lo asocia al objeto virtual creado para generar RA (figura 10). Fuente 9: http://diit.uchilefau.cl/index.php/es/seminarios/realidadvirtual/67-realidad-aumentada-con-buildar Figura 9: Marcadores para el programa BuildAR. Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 24! En el caso de que se haya creado un marcador propio se debe de apretar el icono Add markers to be tracked de la ventana del programa (figura 11) para añadir dicho marcador al programa. Una vez añadido, sólo falta poner el marcador propio impreso en papel delante de la cámara para que el programa lo reconozca y enseñe el objeto virtual que se tiene asociado al marcador (figura 12). Fuente 11: www.hitlabnz.org/index.php/products/buildar Figura 11: Icono Add markers to be tracked del programa BuildAR. Fuente 10: www.taringa.net/posts/ciencia-educacion/9469832/RealidadAumentada-Tutorial.html Figura 10: Visualización objeto virtual con el programa BuildAR. Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 25! Por último para concluir indicar que esta aplicación permite entender el fenómeno de RA ya que su fácil manejo, como ya se ha dicho, posibilita desarrollar experiencias fácilmente en torno a su uso. Pero tiene pocas posibilidades de interacción ya que las únicas herramientas de interacción del programa son traslación, rotación y escala. Fuente 12: www.buildar.co.nz/wp-content/uploads/ 2010/10/viewer-580x340.png Figura 12: RA con el programa BuildAR. Figura 13: Visualización de los ejes de traslación, rotación y escala en BuildAR. Fuente 13: http://diit.uchilefau.cl/index.php/es/seminarios/realidadvirtual/67-realidad-aumentada-con-buildar Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 26! 3. Atomic para Aurelio Mendiguchía este programa “permite la creación de escenas de RA, también con animaciones”20. Este software se puede descargar de manera gratuita en la página web oficial del programa cuya dirección es la siguiente ‹www.sologicolibre.org/projects/atomic/es/index.php?page=Descar gas› .En esta misma página se explica como en cuatro sencillos pasos se puede realizar RA a través de este software, estos pasos son los siguientes: 1. Apretar el botón Marcador (botón rojo) para seleccionar el marcador que se desea utilizar. La apariencia de este marcador, como ya se ha dicho, es un cuadrado de imagen donde se integra una figura en blanco y negro o mapa de bit en color enmarcada de negro. !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 20 Mendiguchía, Aurelio. Octubre-Noviembre 2010. “Realidad Aumentada. Una oportunidad de negocio”. Envíen. (13): 21-22. Figura 14: Paso 1, seleccionar Marcador (botón rojo) en Atomic. Fuente 14: www.youtube.com/watch?v=obkT1OUYXGY&feature =player_embedded#! Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 27! 2. Utilizar el botón Objeto 3D (botón fucsia) para seleccionar el objeto 3D (formato WRL) que se desea usar. Figura 15: Tipos de marcadores en Atomic. Fuente 15: www.youtube.com/watch?v=obkT1OUYXGY&feature= player_embedded#! ! Figura 16: Paso 2, apretar botón Objeto 3D (fucsia) en Atomic. Fuente 16: www.youtube.com/watch?v=obkT1OUYXGY &feature=player_embedded#! Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 28! 3. Presionar el botón Guardar para guardar los cambios hechos. 4. El paso final consiste en ejecutar la aplicación con el marcador y el objeto 3D seleccionados apretando el botón Ejecutar (botón azul). Figura 17: Paso 3, Guardar (botón amarillo) en Atomic. Fuente 17: www.youtube.com/watch?v=obkT1OUYXGY&feature= player_embedded#! Figura 18: Paso 4, apretar Ejecutar (botón azul) en Atomic. Fuente 18: www.youtube.com/watch?v=obkT1OUYXGY&feature= player_embedded#! Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 29! El segundo grupo de programas, es decir aquellos programas que se basan en la superposición de imágenes en tiempo real, Mendiguchía cita: • Google SketchUp • Layar. • TwittARound. Estos programas se sirven de elementos especiales para situar los objetos virtuales dentro de la realidad y que se encuentren perfectamente sincronizados. Estos elementos son GPS, brújulas, acelerómetros. Para más información de cómo funcionan se recomienda leer el apartado de esta tesina “2.2.4. Elementos para situar los objetos virtuales dentro de la realidad”. Figura 19: RA con el programa Atomic. Fuente 19: http://www.sologicolibre.org/projects/atomic/es/imagenes/ screenshots/budscreenshotg.png Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 30! 1. Google SketchUp que “permite crear modelos en 3D de manera fácil y con resultados profesionales”21. A través de la página oficial del programa ‹http://sketchup.google.com/intl/es/download/›!se puede descargar de manera gratuita el software con el que se puede o bien construir modelos virtuales 3D desde cero o descargar lo que el usuario necesite para poder confeccionarlo. Los usuarios comparten sus trabajos en la Galería 3D de Google.! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 2. También se puede englobar otros programas orientados más a los dispositivos electrónicos móviles como son los smartphones, tablets, PDA´s. Este es el caso de la aplicación Layar (figura 21) que permite al usuario, en tiempo real, combinar lo que está a su alrededor con la información digital de interés de esa realidad. Asi el programa, por ejemplo, le puede indicar la ubicación de la parada del metro más cercana o la cafetería más próxima a su !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 21 Mendiguchía, Aurelio. Octubre-Noviembre 2010. “Realidad Aumentada. Una oportunidad de negocio”. Envíen. (13): 21-22. Figura 20: Creación de objetos 3D en Google SketchUp. Fuente 20: www.youtube.com/watch?v=xqcL-xPC-Ys&feature=player_embedded#! Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 37! 2.2.4. Elementos para situar los objetos virtuales dentro de la realidad. Una de las piezas fundamentales en el sistema de realidad aumentada es aquella que permite posicionar la información virtual dentro de la realidad, esta función es cumplida por tres grupos clasificados de la siguiente forma: • Marcadores. • GPS, brújulas, acelerómetros. • Reconocimientos de objetos. 2.2.4.1. Marcadores En el campo de la RA, el uso de marcadores ha sido el elemento más utilizado para conocer con exactitud la posición de la cámara y así conseguir una perfecta sincronización entre el mundo real y virtual. Las marcas o marcadores, también llamadas tags ó markers, son pequeñas imágenes en blanco y negro impresas en papel que actúan como elementos que comunican, en este caso mediante la cámara, al software dedicado de RA (basado en la superposición de imágenes) la posición donde debe situar la información virtual y, según cómo son estos códigos, el programa responde de una manera concreta (por ejemplo, reproduciendo o modificando el movimiento de una imagen en 3D o 2D o algún texto o sonido). Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 38! El diseño del marcador está formado por un borde negro de un ancho concreto y en su interior, hay un dibujo negro o patrón que hace que se diferencie una marca de otra. De este tipo de marcadores destaca el llamado Código QR (Quick Response) que fue creado en 1994 por la compañía japonesa Denso Wave. Este marcador es un buen sistema para almacenar información en una matriz de puntos o un código de barras bidimensional. Presenta tres cuadrados que se encuentran en las esquinas y que permiten detectar la posición del código al lector. Una característica muy importante es su carácter abierto y que sus derechos de patente (propiedad de Denso Wave) no son ejercidos. Figura 27: Ejemplos de marcadores para RA. Fuente 27: LabHuman. “Ruta del Conocimiento“. FEMEVAL 27 Mayo 2011. Valencia. p.17. ‹http://issuu.com/cgce/docs/presentaci_n_gen_rica_ labhuman› [Consulta: 10 de junio de 2011]. Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 39! Otro tipo especial de marcador es la Marca Híbrida (figura 29) que se compone de dos barras laterales, entre las cuales se puede colocar una imagen o un logotipo que representa la figura virtual. Se puede incluso, incluir una botón virtual que es reconocido por el programa de RA y que permite interactuar al usuario con los objetos virtuales de diversas maneras (zoom, play, color, etc). Es el tipo de marcador adecuado para el sector de la publicidad y las ventas , ya que en el marcador se puede introducir por ejemplo alguna imagen que genere la curiosidad por visualizar el contenido virtual generando así la curiosidad del posible comprador. Fuente 28: Arroyo, Natalia. 2011. “Aplicaciones de la web móvil en entornos sanitarios. Aprender y enseñar en entornos 2.0: el papel de la biblioteca médico-sanitaria”. Departamento de Análisis y Estudios. Fundación Germán Sánchez Ruipérez. p.5. Figura 28: Código QR. Fuente 29: LabHuman. “Ruta del Conocimiento“. FEMEVAL 27 Mayo 2011. Valencia. p.18. ‹http://issuu.com/cgce/docs/presentaci_n_gen_rica_labhuman› [Consulta: 10 de junio de 2011]. Figura 29: Marca Híbrida. Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 40! Algunos ejemplos de aplicaciones de RA que utilizan marcadores son: • Los programas ArtToolkit,! BuildAr y Atomic, anteriormente ya citados en esta tesina, utilizan marcadores para generar RA.! ! • La aplicación NyArToolkit (figura 30) surge en el año 2008 cuando es desarrollada por Laboratorio de Interfaz Humana (HitLab) de la Universidad de Washington. Este software es considera como una biblioteca derivada de ArToolkit “que no provee captura de video, por lo que no está destinada a la creación de aplicaciones de RA completas”25. NyARToolkit es una librería desarrollada para máquinas virtuales particularmente aquellas con host Java, C# , C++ y Android !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 25 Atzín, Rosa. “Sistema de desarrollo para aplicaciones de realidad aumentada”. Tesis para obtener el Grado de Maestro en Ciencias en Computación. Dirigido por Dr. Luis Gerardo de la Fraga. Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional. Méjico, 2010. p.5. Figura 30: Programa NyARToolkit. Fuente 30: http://www.youtube.com/watch?v=4_DD70CsPNc Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 41! Para Carlos Alcarría Izquierdo algunas de las características a resaltar de NyArtoolkit son: - “Framework sencillo para el desarrollo de aplicaciones de RA. - Soporte para librerías de vídeo y diversos formatos de imagen (RGB,YUV420P, YUV). - Funciones de calibración de la cámara. - Soporte con gran variedad de librerías gráficas, gracias a la multitud de lenguajes en la que está portada (OpenGL ES, VRML 3D, etc.). - API modular y bien estructurada. - Soporte para dispositivos Android”26. • El videojuego Invizimals (figura 31) se puede jugar en la consola PSP de la compañía PlayStation. Es un videojuego de RA que permite al jugador ver unos personajes virtuales ,llamados Invizimals, que aparecen en la pantalla de visualización de la consola cuando el usuario enfoca con la cámara de la PSP un marcador (figura 31) que viene con el juego. La misión del jugador es atrapar el máximo de Invizimals posibles, para ello debe de ir buscándolos por todo el espacio real próximo al escenario real en el que se encuentra y ayudarse del marcador para poderlos visualizar en este espacio real. El jugador puede utilizar los comandos !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 26 Alcarria, Carlos. ”Desarrollo de un sistema de Realidad Aumentada en dispositivos móviles”. Proyecto final de carrera. Dirigido por Dra. Mª Carmen Juan Lizandra. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Informática. UPV, 2010. p. 45-46. Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 42! de la consola e incluso sus propias manos para atrapar a esos personajes virtuales. En general el inconveniente que existe al utilizar el marcador, como elemento para situar los objetos virtuales en la realidad, es que es preciso tener el marcador impreso en alguna superficie para poder ver los objetos virtuales y si este marcador no es reconocido (porque no se visualiza con claridad o porque está estropeado) no se muestra nada y por tanto no se consigue obtener Realidad Aumentada. 2.2.4.2. GPS, brújulas, acelerómetros. Los avances tecnológicos ha hecho posible la aparición de otros elementos, ya no sólo existen los marcadores, con los que conseguir que los objetos virtuales guarden una coherencia visual con la realidad donde se insertan. Figura 31: Invizimals. Fuente 31: www.youtube.com/watch?v=TvDWleKmhYs& Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 43! Es por ello, que se puede decir que existe un segundo grupo que permite adecuar los objetos virtuales al entorno o escena real y está formado por los siguientes elementos de localización: • GPS (Global Positioning System) es un sistema de navegación global por satélite que permite determinar, a escala mundial, la posición de una persona, objeto o vehículo con gran exactitud. • Brújula digital es un sensor con el que se puede detectar la dirección que tiene el dispositivo que la posee. • Acelerómetro es un sensor que permite conocer cuál es la orientación del dispositivo que lo tiene. De esta manera estos elementos de localización facilitan identificar, en todo momento, al software dedicado de RA (aquellos programas basados en el reconocimiento de imágenes y orientación espacial) la posición, dirección y orientación de los dispositivos electrónicos donde se integran. Así se consigue suministrar al sistema de RA una información parecida a la que vería el usuario del mundo real y que permite que el sistema sepa dónde debe situar los objetos virtuales. La mayoría de dispositivos electrónicos, entre los que se encuentran los smartphones o los PDA´s, utilizan la información suministrada por el GPS, la brújula y el acelerómetro. Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 44! En esta modalidad el inconveniente que existe es que el funcionamiento del sistema depende de la precisión del GPS, brújula o acelerómetro. 2.2.4.3. Reconocimiento de objetos. Esta opción se basa en el reconocimiento de objetos conocidos, por ejemplo, el de la cara de una persona o el de la forma de un objeto como un edificio u otro objeto. La dificultad de este método reside en que el sistema debe buscar en una base de datos el objeto para reconocerlo como objeto conocido, por lo que contra más objetos se quiera reconocer más amplia debe ser la base de datos para que sea efectivo este reconocimiento. Un ejemplo de utilización de reconocimiento de objetos seria que el sistema de RA tuviera una base de datos de edificios importantes de alguna ciudad y que al ir a visitar uno de estos, el sistema reconociese el objeto y pudiera aportar al usuario información virtual sobre el edificio. Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 45! 2.3. Fases del proceso de realidad aumentada Los pasos que sigue el sistema de realidad aumentada (figura 33) son los siguientes: • Captación de la escena. • Identificación de la escena. • Mezclado mundo real y mundo virtual. • Visualización. Fuente 32: www.smartphoneyeducacion.com/?p=87 Figura 32: Reconocimiento de objetos. Un objeto (foto izquierda) activa el sistema de RA y permite ver, mediante una pantalla de visualización de RA, el objeto virtual integrado en la realidad (foto derecha). Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 46! 2.3.1. Captación de la escena. La primera fase comprende el reconocimiento de la escena en la que se quiere aplicar la tecnología de RA y su captación a través de una cámara para que posteriormente sea procesada. Si el dispositivo que realiza la captura de imágenes o video está aislado del dispositivo de visualización, entonces se denomina dispositivo Video-through. Dentro de este grupo están las cámaras de video o los móviles con cámara. En cambio se llama dispositivo See-through cuando es un único dispositivo el que realiza la tarea de capturar la escena real y la tarea de mostrarla junto con la información virtual al usuario. Dentro de este grupo se encontraría el dispositivo HUD (Head-Up Display) que se compone de un visualizador que el usuario puede ver con la cabeza alta, sin acacharla ni apartar la mirada del horizonte. El origen del dispositivo Fuente 33: López, Héctor. “Análisis y Desarrollo de Sistemas de Realidad Aumentada”. Proyecto fin de máster en sistemas inteligentes. Dirigido por Antonio Navarro Martín. Facultad de Informática. Universidad Complutense de Madrid, 2009-10. p.26. Figura 33: Proceso de RA. ! Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 53! El Sensorama funciona (figura 39) de la siguiente forma, el usuario se introduce en una especie de cabina cerrada y orienta su mirada hacia un visor especial para ver la película en 3D. Debajo de la cabina, se localiza una rejilla por donde se extraen olores durante la proyección. En los laterales de la máquina, se encuentran otras rejillas que se encargan de emitir brisas inodoras, en momentos determinados de la película, que contribuyen a que el espectador perciba la sensación de algún movimiento físico al aire libre. De esta forma el usuario consigue aislarse sensorialmente del ambiente real que le rodea e introducirse en la experiencia virtual que ofrece la proyección de la película. Esta particularidad del dispositivo hace que se convierte en la primera máquina de realidad virtual. Fuente 38: www.telepresenceoptions.com/2008/09/theory_and_research_in_hci_mor/ Figura 38: Sensorama. ! Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 54! Una de las primeras películas proyectadas por el Sensorama es la de un recorrido en motocicleta por las calles de Nueva York. El usuario de la máquina experimenta multitud de sensaciones durante la visualización de la película, tales como una vibración (sentido tacto) parecida a la que tiene un motorista en plena conducción. Observa en tres dimensiones (sentido vista) el recorrido que realiza el motorista por la ciudad, oye (sentido oído) las bocinas de los coches que transitan por la ciudad, siente (sentido tacto) el viento en la cara y huele (sentido gusto) alguno de los posibles olores de la ciudad, por ejemplo, el proveniente de una pizzería. En 1966 el profesor, programador e informático Ivan Sutherland inventa el dispositivo Head Mounted Display (figura 40), este aparato se Fuente 39: http://www.interactivearchitecture.org/sensorama.html Figura 39: Usuario utilizando la máquina Sensorama. ! Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 55! considera el primer visor montado en la cabeza del usuario y su existencia, como indica Aurelio Mendiguchía “facilitará la visualización de mundos virtuales”31. Head Mountain Display está conectado a un ordenador y debido a su enorme tamaño y peso es necesario que esté colgado del techo (figura 41). !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 31 Mendiguchía, Aurelio. Octubre-Noviembre 2010. “Realidad Aumentada. Una oportunidad de negocio”. Envíen. (13): 21. Fuente 40: www.computerhistory.org/collections/accession/X1044.90 ! Figura 40: Head Mounted Display de Sutherland. Fuente 41: https://segue.atlas.uiuc.edu/index.php?action=site&site=aangell§ion= 5206&page=17228 Figura 41: Usuario utilizando Head Mounted Display de Sutherland. ! Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 56! En 1975 el ingeniero y artista norteamericano Myron Krueger inventa Videoplace, este dispositivo facilita a los usuarios interactuar, por primera vez, con objetos virtuales (figura 42). El dispositivo Videoplace (figura 43) está compuesto por una serie de elementos, cuyo funcionamiento es el siguiente: 1º. Una cámara captura la silueta y gestos del usuario. 2º. A continuación, un ordenador procesa la imagen capturada y la incorpora en un entorno virtual, el cual reacciona ante los gestos y movimientos del usuario. Por ejemplo, los objetos virtuales reaccionan ante las manos del usuario al querer seleccionarlos o el movimiento de los dedos del usuario propicia el nacimiento de algunos de ellos. 3º. La combinación del mundo real y virtual se proyecta sobre una pantalla . Figura 42: Videoplace, usuario interactua con objetos virtuales. ! Fuente 42: http://dada.compart-bremen.de/node/5336#/media-tab Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 57! 4º. El usuario ve esta combinación (mundo real y mundo digital) en la pantalla y reacciona (vuelve a interactuar con otros usuarios o elementos virtuales, gesticula para asombrarse de lo visto, etc) y nuevamente se reinicia el proceso al capturar la cámara al usuario. En 1992 Tom Caudell y David Mizell, ambos ingenieros de la compañía Boeing, intentan encontrar una alternativa a los complicados tableros de configuración de cables que utilizan los trabajadores para el montaje de los aviones. Tom Caudell usa, por primera vez, el término realidad aumentada para describir la alternativa propuesta. Esta consiste en una especie de visor (figura 44) en el que se mezclan gráficos virtuales con la realidad, consiguiendo de esta forma facilitar el trabajo de los operadores de Boeing al indicarles las tareas a realizar. Figura 43: Videoplace de Myron Krueger. ! Fuente 43: http://timerime.com/es/evento/401213/Videoplace/ Figura 44: Visor de Realidad Aumentada. ! Fuente 44: https://www.icg.tugraz.at/~daniel/HistoryOfMobileAR/ Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 58! También durante el año 1992 en la Universidad de Columbia (Nueva York) Steven Feiner, Blair MacIntyre y Doree Seligmann crean el primer prototipo importante de realidad aumentada llamado KARMA (figura 45). Este prototipo está basado en un sistema de lentes que muestra, mediante 3D, la manera de realizar el mantenimiento a una impresora láser. En 1999 el profesor Hirokazu Kato junto con el profesor Mark Billinghurst, ambos miembros del Laboratorio de Interfaz Humana (HITLab) de la Universidad de Washington, crean ARToolKit (Augmented REality Tool Kit) que se presenta ese mismo año en el SIGGRAPH32. ARToolKit se caracteriza por ser una librería33 de software, en lenguaje C y C++, para desarrollar aplicaciones de Realidad Aumentada como puede ser para juegos, publicidad, etc. !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 32 SIGGRAPH es el grupo especializado en infografía por ordenador de la ACM (Asociación sobre las máquinas computadoras). Bajo este mismo nombre ,SIGGRAPH, también se engloba el encuentro anual en el que se realizan conferencias y encuentros sobre este campo. En 1999, el grupo se reúne en Los Ángeles (EE.UU). 33 En el campo de la informática, una librería es un conjunto de subprogramas utilizados para desarrollar software. Figura 45: Usuario utilizando el dispositivo Karma. ! Fuente 45: http://graphics.cs.columbia.edu/projects/karma/karma.html Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 59! ARToolKit es popular y ampliamente utilizada debido, entre otras motivos, por distribuirse bajo licencia GPL (acceso gratuito) y por su facilidad de uso. Esta librería resuelve una de las dificultades con las que se encuentran las aplicaciones de RA, que es calcular el punto de vista de la cámara (punto de vista del usuario) para poder realizar las operaciones oportunas sobre los objetos virtuales y así solucionar la dificultad que conlleva integrarlos correctamente en el mundo real. Es decir, ARToolKit consigue que los objetos virtuales que se integran en el mundo real, el usuario los vea (mediante la cámara o dispositivo de captura utilizado) con la iluminación, posición, orientación, rotación y tamaño que esos objetos tendrían si fueran percibidos por el usuario en el mundo real. Para conseguirlo ARToolKit utiliza algoritmos especiales y marcas gráficas (figura 46). Figura 46: Ejemplo marca gráfica utilizada en ARToolKit. ! Fuente 46: www.youtube.com/watch?v=TqGAqAFlGg0&feature=player_embedded Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 60! El funcionamiento que sigue ARToolKit es el siguiente: primero analiza la imagen capturada por la cámara de vídeo en busca de una marca gráfica (compuesta por un marco negro cuadrado, que presenta un diseño distinto en su interior para calcular la orientación espacial del objeto) partiendo de la localización original que graba la imagen. Cuando esta marca gráfica es detectada, se analizan las coordenadas de sus cuatro esquinas y gracias a los valores de cada uno de esos cuatro puntos espaciales colocados sobre un plano se obtiene la posición y orientación en el espacio cartesiano de la cámara que tomó la imagen relativa a la marca (figura 47). Una vez que se sabe la posición de la cámara real, la cámara virtual se puede colocar en el mismo punto y de esta manera se pueden integrar objetos 3D exactamente sobre el marcador real (figura 48). De esta forma Figura 47: Relación entre las posiciones del marcador RA y la cámara. ! Fuente 47: Kato, Hirokazu and Billinghurst, Mark “Marker Tracking and HMD Calibration for a Video-based Augmented Reality Conferencing System”.Hiroshima City University and University of Washington. p.7.‹http://JBBAR.ZZL.ORG/documentos/IWAR99.kato.pdf› [Consulta: 7 julio 2011] Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 61! ARToolKit resuelve, como ya se ha dicho, dos de los principales problemas de la realidad aumentada que son el seguimiento del punto de vista y la interacción con el objeto virtual. En el año 2000 Bruce H. Thomas, director actual del Laboratorio de Computación de la Universidad del Sur de Australia, inicia el desarrollo del primer juego de realidad aumentada. Junto a Bruce H. Thomas, también se encuentran inmersos en este proyecto una serie de estudiantes de Informática de la Universidad del Sur de Australia; cuyos nombres son Benjamin Close, John Donoghue, John Squires, Philip DeBondi y Arron Piekarski. El juego se denomina ARQuake, es decir, Augmented Reality Quake ya que este nombre responde a las dos principales características del juego por una parte es un juego de realidad aumentada y por otra parte, los investigadores Figura 48: Integración objetos 3D sobre marcador en ARToolKit. ! Fuente 48: www.youtube.com/watch?v=TqGAqAFlGg0&feature=player_embedded Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 62! se basan en el popular juego Quake35 para desarrollar una versión de este mítico juego en la que los personajes del popular juego se integran en el escenario real de la Universidad del Sur de Australia (figura 49) que se convierte en el marco de acción del juego. En este espacio surgen adversarios y objetos virtuales en lugares coherentes de la universidad. Aunque con este invento la aplicación que se le da a la tecnología de realidad aumentada es puramente de entretenimiento, este proyecto abre la puerta a aplicar la tecnología a multitud de aplicaciones más. El equipamiento tecnológico (figura 50) necesario para el funcionamiento del juego se compone de unas gafas (actúan de monitor de realidad aumentada), una pistola de plástico (para interactuar con el juego) y un !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 35 Quake es un videojuego de disparos en primera persona publicado por id Software en 1996. Este videojuego es considerado, para muchos, como uno de los mejores juegos de su época; destacando entre otros causas por su gráficas en 3D. Figura 49: ARQuake, los personajes de Quake se integran en el escenario real de la Universidad del Sur de Australia. ! Fuente 49: http://wearables.unisa.edu.au/uploads/2010/05/quake4.jpg ! Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 69! 3. Colocar la revista delante del dispositivo que va a captar el código QR, con la portada mirando hacia el usuario y procurando no tapar ninguno de los marcadores que tiene la revista. 4. Pulsar el botón acceder de la página web, anteriormente nombrada, ‹http://www.fotogramas.es/ra›. De esta manera, se activa la realidad aumentada que ofrece la revista y que está formada, entre otros contenidos, por videos exclusivos de películas, entrevistas a expertos, declaraciones de actrices. En el terreno de los centros de atracciones y espectáculos, el centro Futuroscope es un ejemplo claro de integración de la tecnología de RA en los espectáculos de entretenimiento. En el año 2008 el centro inicia su andadura en el terreno de la realidad aumentada y manifiesta que la experiencia que vive el espectador del espectáculo de RA es única, ya que éste puede interactuar con unos animales virtuales en 3D. Este espectáculo permanece hoy en día vigente, bajo el nombre Los animales del futuro y consiste en que el espectador realiza un trayecto sentado en un vagón de un tren mientras va viendo animales Figura 58: RA en la revista Fotogramas. ! Fuente 58: http://www.many-worlds.es/Realidad-aumentada-en-la-revistaFotogramas/detalle/41 Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 70! digitales en 3D (realidad virtual) que podrían existir dentro de millones de años. Gracias a unos prismáticos y a un sensor de movimiento, el espectador puede conocerlos de cerca e incluso jugar con ellos gracias a la combinación que se produce entre estos y la realidad en la que se encuentra el visitante. Para los responsables del centro Futuroscope la realidad aumentada es un sistema que cumple tres factores: • Combina información digital con real de una manera coherente y sincronizada de tal manera que el visitante llega a no poder diferenciar lo que es virtual y lo que es real. • La interactividad que ofrece la tecnología de RA hace que el público del espectáculo cambie su percepción de lo real. Además se produce una transformación del papel que cumple éste cumple, de ser un simple espectador pasa a ser el protagonista del espectáculo, actuando directamente y en tiempo real con los animales virtuales perfectamente integrados en su entorno real. • Sumerge al espectador en un nuevo ambiente que es el resultado final de mezclar lo real y digital, ya no es necesaria una pantalla para observar la representación. Estos ejemplos últimos de aplicaciones de la RA ayudan a demostrar que la tecnología de RA posee aplicaciones en diversos campos de la sociedad. Pero no sólo en el de la publicidad o el entretenimiento, como se ha visto, sino en otros campos como son la medicina, educación, militar, etc que veremos en un apartado especial confeccionado en esta tesina. Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 71! Por finalizar, decir que la tendencia actual en torno a esta tecnología en el campo de la investigación se caracteriza por el auge de proyectos de RA. Algunos de ellos se encuentran en fase de desarrollo y otros en cambio, comienzan a producir resultados satisfactorios. Esto es el caso de la empresa Brother Industries que inicia sobre el año 2005 un proyecto de Ra que consiste en crear una gafas especiales para visualizar RA. Estas gafas poseen un sistema que hace que se proyecten imágenes virtuales directamente sobre la retina del usuario que las lleva sin perjudicar a sus ojos. En el 2010 la empresa continua con sus investigaciones y da a conocer AIRScouter que es el último prototipo diseñado de las gafas RID Fuente 59: http://www.fayerwayer.com/2010/07/airscouter-gafas-queproyectan-imagenes-directamente-en-la-retina/ Figura 59: Gafas RID AiRscouter. ! Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 72! 4. DIFERENCIAS ENTRE REALIDAD VIRTUAL Y REALIDAD AUMENTADA El nacimiento de la realidad aumentada viene de la mano, como ya se ha visto, de la tecnología realidad virtual. Es por ello, que es necesario explicar en qué consiste la realidad virtual, dada la importancia que tiene sobre la realidad aumentada, y profundizar en las diferencias que separan ambas tecnologías. 4.1. Virtuality Continuum Como comienzo es necesario por relacionar los conceptos de realidad virtual y realidad aumentada a través de la definición Virtuality Continuum (figura 60), dada por Paul Milgram y Fumio Kihino en 1994, la cual indica que entre un entorno real (Real Environment) y un entorno virtual (Virtual Environment) puro está la llamada realidad mixta (Mixed Reality). Ésta se subdivide en dos, la realidad aumentada (Augmented Reality) que se encuentra más cerca del espacio real y la virtualidad aumentada (Augmented Virtuality) que se sitúa más próxima al espacio virtual. Esta definición aproxima a tener una idea comparativa sobre la importancia que tiene, para cada de las tecnologías, el entorno real y el virtual y configura de esta manera el inicio comparativo de los rasgos definitorios que poseen ambas tecnologías. Fuente 60: Milgram, Paul y Kishino, Fumio. 1994. “A taxonomy of mixed reality visual displays”. Transactions on Information Systems. p.3 Figura 60: Representación de la definición Vitually Continuum. ! Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 73! 4.2. Rasgos Diferenciales Si con la definición Virtuality Continuum se inicia el análisis comparativo de ambas tecnologías, el siguiente paso es profundizar aún más en dicho estudio y enumerar algunos de los rasgos diferenciales que presentan ambas tecnologías: • Tipo de contenido mostrado. • Dependencia del entorno virtual. • Inmersión del usuario. • Inconvenientes. Una vez enumerados, se pasará a estudiar cada unos estos rasgos con más detenimiento: 4.2.1. Tipo de contenido mostrado. • En la Realidad Virtual (figura 61) todo lo mostrado (seres, objetos, edificios y demás elementos) es artificial. Fuente 61: www.youtube.com/watch?v=BMJyu3izLJ0 Figura 61: Contenido mostrado por la Realidad Virtual ! Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 74! • Por el contrario en la realidad aumentada (figura 62) el espacio, objetos, seres y demás elementos que se representan son reales y se añade a este entorno real algunos objetos artificiales enriquecen o complementan dicho entorno. 4.2.2. Dependencia del entorno virtual. • En la realidad virtual no existe una dependencia entre la ubicación real del usuario y el entorno virtual representado • En la realidad aumentada si existe dependencia, es decir, la ubicación espacial de los objetos virtuales representados dependen de la posición real donde se encuentre situado el usuario que utiliza la tecnología RA. Así por ejemplo, cuando se sobreimpresiona un texto informativo (objeto virtual) sobre un edificio, la ubicación e información mostrada por el texto Fuente 62: www.marketingdirecto.com/wp-content/uploads/2011/02/ realidad-aumentada-móvil1.jpg Figura 62: Contenido mostrado en la realidad aumentada. ! Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 75! sobre el espacio real (figura 63) dependerá de la ubicación desde la que el usuario active el sistema de realidad aumentada. 4.2.3. Inmersión del usuario. • La realidad virtual tiene como objetivo conseguir que el usuario se aleje del mundo real y se introduzca en un mundo totalmente generado artificialmente (figura 64), en el que existen objetos virtuales con los que puede interactuar. Su objetivo es hacer creer al usuario que ese mundo virtual es real, aunque no lo sea en realidad. Los avances producidos en la actualidad, en esta tecnología hacen que este objetivo sea más que cumplido. Fuente 63: http://theorangemarket.com/wp-content/uploads/2010/ 07/Realidad-Aumentada-Xacobeo-03.jpg Figura 63: Dependencia ubicación información virtual en la realidad aumentada Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 76! • La realidad aumentada, por el contrario, su objetivo no es el de alejar al usuario de un mundo (real) para introducirlo en otro (mundo virtual); sino que su finalidad es introducir al usuario el mundo virtual para que complemente el mundo real del que no se aleja. De modo que la tecnología permite que el usuario mantenga contacto con su entorno real. Figura 64: Realidad Virtual, inmersión del usuario en un mundo artificial. Fuente 64: www.neoteo.com/images/Cache/1BADx900y900.jpg Figura 65: Realidad Aumentada, mantiene el mundo real del usuario y introduce el mundo virtual. Fuente 65: www.grupo-skala.com/marketing-turistico-blog/wpcontent/uploads/Galaxy-tab-realidad-aumentada.jpg Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 77! 4.2.4. Inconvenientes. • La realidad virtual requiere realizar una cierta inmersión económica si se quiere disponer de dispositivos con los que obtener realidades virtuales de gran calidad. No es necesario que se sincronice con la realidad del usuario; de hecho, como ya se ha dicho, lo aleja de ese mundo real. • La realidad aumentada tiene el inconveniente de tener que ,en todo momento, realizar inversiones económicas no solo para disponer de una realidad virtual de gran calidad sino también para disponer de unas herramientas de gran calidad que ayuden a sincronizar temporalmente y espacialmente la información real y información virtual. Herramientas que ,también, tienen que ayudar a mezclar ambas informaciones para obtener el producto final. Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 78! 5. APLICACIONES DE LA REALIDAD AUMENTADA !La realidad aumentada se ha introducido o se está empezando a introducir en diversos ámbitos de la sociedad, abarcando entre otros campos el de la medicina, educación, juegos, militar, etc. Su aplicación se ha debido, en parte, a: ! • La gran utilidad que reporta la tecnología al transmitir información visual que complementa o potencia el entorno real en el que se desarrolla. • La mejora de los sistemas de procesamiento de imagen y video en tiempo real. • La aparición de nuevas posibilidades en el campo de los sistemas digitales (objetos virtuales mejor elaborados y más realistas), que han hecho que se reduzca la apariencia de artificialidad que conlleva los objetos virtuales añadidos a la realidad y ha propiciado una mayor confluencia de ambos mundos (real y virtual). Pero no sólo las mejoras técnicas del sistema han propiciado este auge de utilización de esta tecnología, sino también el desarrollo tecnológico y proliferación de los dispositivos electrónicos en los que se pueden desarrollar la tecnología de realidad aumentada han contribuido. Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 85! La acrofobia también es tratada a través de la realidad aumentada (figura 69) y los resultados favorables confirman su eficacia. Uno de los tratamiento posibles, es utilizar fotografías inmersivas que consisten en ambientes fotografiados en los que el usuario puede desplazarse y que representan el ambiente real. Concretamente el usuario puede, por ejemplo, asomarse por una escalera interior, una escalera exterior, un puente, una presa o desde una ventana o balcón y desde diferentes alturas. Figura 68: RA aplicada en terapias de fobias insectos. ! Fuente 68: www.yalosabes.com/tratamiento-de-fobias-con-realidad-aumentada.html Figura 69: RA aplicada en el tratamiento de la acrofobia. Paciente (foto izquierda) y visualización de RA (foto derecha) ! Fuente 69: Pérez, David. “Desarrollo de sistemas de realidad virtual y aumentada para la visualización de entornos acrofóbicos. Estudios comparativos entre ellos”. Tesis. Dirigida por Dra. Mª Carmen Juan Lizandra.UPV,2009.‹www.dsic.upv.es/docs/bib-dig/tesis/etd-04142009100820/Tesis_David_Perez.pdf› [Consulta: 19 de junio de 2011]. Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 86! 5.2. RA FABRICACIÓN/REPARACIÓN Otro campo donde la realidad aumentada proporciona al usuario información de gran utilidad es en la fabricación, reparación, mantenimiento de maquinaria compleja como son los coches, barcos, camiones, aviones. Por ejemplo, las instrucciones sobre el cambio de las pastillas de freno pueden ser más fáciles de entender si en lugar del clásico manual el usuario dispone de imágenes virtuales tridimensionales superpuestas en el medio de transporte a reparar. De tal manera que se le muestre paso por paso las pasos a realizar para el cambio de las pastillas de freno. En el caso de la fabricación de aviones la incorporación de la tecnología se ha realizado, entre otras causas, para conseguir solucionar la dificultad técnica que ocasiona el montaje del avión. Ya que los distintos departamentos que participan en el montaje de los aviones requieren disponer de una manera inmediata de una gran cantidad de documentación técnica, pues una construcción totalmente correcta del avión exige de una gran cantidad de trabajos a realizar los cuales se caracterizan por su Fuente 70: http://ruvid.webs.upv.es/inforuvid/index.php?edi=2116&con=2498&sec=11 Figura 70: RA en Fabricación/ Reparación. ! Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 87! diversidad y complejidad. Hoy en día la introducción del ordenador ayuda al operario, pero en otras ocasiones no sirve sólo con este dispositivo. Es ahí donde la tecnología RA surge para suplir algunas carencias como, por ejemplo, cuando el operario se encuentra ante la dificultad de no poder acceder a la información que necesita debido a que se encuentra en un parte del avión de espacio reducido. Para solucionar este problema la empresa Airbus Military junto con la Universidad de Málaga y la empresa ARPA Solutions crean un sistema de consulta de información de realidad aumentada (figura 71) para zonas de difícil acceso, dentro del marco del proyecto MOOM (asseMbly Oriented authOring AugmeNted reality). Los expertos diseñan un software que lo instalan en un Tablet PC industrial ligero, que tiene cámara y una interface táctil. Este dispositivo permite al operario, en el mismo lugar de montaje, ver las instrucciones que necesita para la fabricación de la fase del avión en que se encuentra e incluso le permite saber la ubicación de los sistemas que deberá colocar posteriormente. Mediante el display del Tablet el operario observa la combinación de información digital (información en 3D de la estructura de cables, tubos y bridas del avión) e información real proveniente de la captura que la cámara del Tablet realiza de la zona de trabajo en la que se encuentra el operario. Para que se produzca una perfecta sincronización entre ambas informaciones, es necesario la utilización de unas marcas artificiales de posicionamiento que el operario utiliza para colocar sobre ellas el Tablet y se produzca dicha sincronización. Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 88! 5.3. RA ANOTACIONES Y VISUALIZACIÓN La RA puede ser empleada para realizar anotaciones textuales, iconográficas o reconstrucciones a esculturas, edificios públicos, edificios privados, etc. Figura 71: RA en Fabricación de aviones. ! Fuente 71: A.I. 2010. “Realidad aumentada para el montaje de aviones”. AiNNOVA. (22): 7. ‹www.andaluciainvestiga.com/revista/pdf/n22/22dossier.pdf› [Consulta: 19 de junio de 2011]. Figura 72: RA en Anotaciones/Visualización ! Fuente 72: www.poderpda.com/noticias/realidad-aumentada-de-la-industriamecanica-a-la-sociedad-de-consumo/ Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 89! El sector del turismo es uno de los principales sectores de ingresos económicos para muchas ciudades y países, los integrantes de este sector saben que es necesario captar de una manera constante la atención de los posibles visitantes y ven en la realidad aumentada una nueva herramienta de atraer a turistas que visiten sus países, ciudades, pueblos, etc y generen beneficios económicos con sus visitas. Un ejemplo práctico de RA aplicado a las anotaciones y visualización es el llevado a cabo en Valencia, el Ayuntamiento de Valencia través de su página web oficial ‹www.valencia.es/ayuntamiento/realidada.nsf› oferta al turista o ciudadano la posibilidad de descargarse la aplicación de RA Layar para su dispositivo móvil (siempre que tenga Gps, acceso internet, brújula y cámara) y así disponer de información adicional sobre algunos edificios, instalaciones o servicios disponibles de la ciudad. El funcionamiento de activación del servicio para visitar Valencia, a través de la tecnología RA ofertada por el Ayuntamiento de Valencia es fácil de utilizar. El usuario debe de seguir unos sencillos pasos, ya comentados anteriormente, que se vuelven a explicar con más detalle: 1. Hay que descargar de la página oficial ‹http://www.layar.com/› la aplicación Layar, concretamente Layar Reality Browser, e instalarla en el dispositivo electrónico. 2. Visitar nuevamente la página oficial ‹http://www.layar.com/› y entrar en el apartado Layers y elegir uno de los cuatro layers publicados por el ayuntamiento de Valencia. Los layers, también llamados mapas, son una especie contenedores de información especifica sobre algún tema en concreto que permiten localizar y Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 90! obtener información concreta. Por ejemplo el Ayuntamiento de Valencia oferta 4 layers que se estructuran de la siguiente forma: 1. Equipamientos municipales, este layer engloba información municipal de Valencia sobre: bibliotecas, centros juveniles, centros sociales, Correos, instalaciones deportivas, Instalaciones educativas, Instalaciones sanitarias. mercados, museos, oficinas municipales, policía y teatros. 2. Transporte público, gracias a este layer se puede obtener información sobre: a. Paradas de la EMT (Empresa Municipal de Transportes) y del Metro, se da información sobre las líneas del transporte público que pasan por cada parada y sobre el tiempo que queda para que pasen las mismas por su parada en tiempo real. b. Estaciones de las bicicletas públicas ValenBisi, indicando cual es la que tiene hay aparcamiento Figura 73: Layer Equipamiento Valencia. Fuente 73: http://www.layar.com/layers/testinfociudad Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 91! libre para depositar las bicicletas y cual tiene bicicletas disponibles todo en tiempo real. d. Aparcamientos públicos que se encuentran disponibles para aparcar los automóviles, indicando el número de plazas libres. e. Aparcamientos para depositar las bicicletas de propiedad privada. 3. Lugares de interés, a través de este layer el usuario obtiene información actualmente46 212 puntos en los que se incluyen edificios monumentales y otros lugares de interés turístico. !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 46Información obtenida a través de la página oficial del Ayuntamiento de Valencia ‹www.valencia.es/ayuntamiento/realidada.nsf/vDocumentosTituloAux/¿Qué%20i nformación%20se%20puede%20obtener%3F?opendocument&lang=1›[Consulta: 31 de agosto de 2011]. Figura 74: Layer Transporte público de Valencia. Fuente 74: http://www.layar.com/layers/transportepub Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 92! 4. Fallas de Valencia, este layer es el último que ofrece el Ayuntamiento de Valencia y gracias a él el usuario puede tener visitar los distintos monumentos falleros que se sitúan en las calles de la ciudad y obtener información sobre los de la sección especial y demás secciones que conforman la fiesta fallera. 3. Una vez descargado el layer o layers elegidos, el usuario tan solo debe de activarlo y dirigir la cámara de su dispositivo móvil hacia el espacio real que quiere obtener información. Si el layer instalado tiene información sobre lo que capta la cámara entonces aparecerán información virtual (la temática variará según el layer escogido) sobre la realidad capturada produciendo asi la tecnología RA aplicada en este caso a anotaciones y visualizacion de Valencia (figura 77). Figura 75: Layer Turismo Valencia. Fuente 75: www.layar.com/layers/monumentos Figura 76: Layer Fallas de Valencia. Fuente 76: www.layar.com/layers/fallasvalencia Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 93! El ayuntamiento de Valencia informa en su página oficial ‹www.valencia.es/ayuntamiento/realidada.nsf› que el sistema de RA además de localizar los servicios y equipamientos más cercanos también aporta información sobre: la distancia a la que se encuentran tales servicios y equipamiento, el trayecto más corto para llegar a ellos, teléfonos de contacto, etc. ! 5.4. RA ENTRETENIMIENTO Y JUEGOS La incursión de la RA en el campo de los juegos se inicia por el año 2000 con los proyectos de investigación aplicados a este campo iniciados mayoritariamente por algunas universidades que observan el enorme potencial que posee dicha tecnología e inician sus investigaciones realizando réplicas de juegos ya existentes para ordenador o videoconsolas en los que les aplican RA. Este es el caso del juego ARQuake, mencionado ya en esta tesina, desarrollado por el director actual del Laboratorio de Computación de la Universidad del Sur de Australia Bruce H. Thomas y por un grupo de estudiantes de dicha universidad. Se recomienda la lectura del Figura 77: RA aplicada anotaciones y visualización de Valencia. Fuente 77: www.turisvalencia.es/ra/movil/ Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 94! apartado “3. Principales hitos de la historia de la realidad aumentada” para tener más información sobre dicho juego. Estas primeras aplicaciones de RA en los juegos poseen una serie de factores comunes que son que los jugadores de los juegos de RA tienen que llevar a cuestas muchos de los dispositivos que facilitan el desarrollo del juego, lo cual hace que dificulte al jugador la experiencia de realidad aumentada que puede tener jugando a la vez que no resulta práctico a la hora de facilitar al usuario que se pueda mover con facilidad para jugar. Así por ejemplo, se recuerda que en el juego ARQuake el equipamiento tecnológico necesario (figura 78) estaba formado por unas gafas (actuaban de monitor de realidad aumentada), una pistola de plástico (para interactuar con el juego) y un GPS, todo ello conectado a un ordenador portátil que llevaba el jugador real en una mochila. Figura 78: Equipamiento tecnológico de ARQuake. ! Fuente 78: http://wearables.unisa.edu.au/uploads/2010/05/img_7047-hf.jpg ! Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 101! 5.6. RA EDUCACIÓN En el campo de la educación es uno de los ámbitos de la sociedad en el que las aplicaciones de realidad aumentada adquieren un mayor sentido al contribuir al desarrollo pedagógico y educativo de los lectores. Una de las aplicaciones posibles de esta tecnología en este sector son los libros educativos. Estos libros se imprimen de manera normal al resto de libros, pero con la particularidad que entre sus hojas se insertan marcadores para visualizar RA. El consumidor del libro tiene que instalar una aplicación especial (distribuida normalmente con el libro) para poder visualizar la tecnología RA y dirigir los marcadores ,que están impresos en el libro o en fichas adjuntas al libro, hacia la cámara y de esa manera el Figura 85: Usuario probándose gafas gracias a la RA. Fuente 85 : http://compartepublicidad.blogspot.com/2009/12/probadorvirtual-ray-ban.html Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 102! contenido real del libro se combinará con el contenido virtual consiguiendo el resultado final que es la realidad aumentada. Figura 86: Contenido de un libro de RA: CD, libro y fichas con marcadores. Fuente 86: http://rmayordomo.blogspot.com/2011/06/libros-yrealidad-aumentada-3d.html Figura 87: Lector visualizando el contenido de un libro de RA. Fuente 87: http://rmayordomo.blogspot.com/2011/06/libros-y-realidad-aumentada3d.html Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 103! Otro ejemplo práctico de incorporación de la RA al sector educativo es Realitat3, bajo este nombre se engloba este proyecto llevado a cabo por la Conselleria de Educación de la Generalitat Valenciana y el Grupo de Investigación LabHuman50. Para LabHuman, el sistema de RA ofrece a los alumnos por una parte, mejor entendimiento y visión de las asignaturas educativas más complejas y por otra parte, les dota de mayor motivación para el estudio. En cuanto al profesorado, el sistema se adapta a las necesidades pedagógicas que tengan. El proyecto se basa en ofrecer a los alumnos contenidos animados en 3D, para ello los libros de texto van acompañados de unas fichas de cartulina que incorporan un código asociado a una imagen en 3D. La experiencia llevada a cabo por unos de los colegios que se acogen al proyecto, concretamente, el colegio San Cristóbal de Castellón les hace decir a los profesores que el sistema de RA ha propiciado el aumento del rendimiento académico de los alumnos. En cuanto a estos, se muestran encantados con el sistema ya que ven que con la ayuda del ordenador y unos !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 50 LabHuman (Laboratorio de Tecnologías Centradas en el Humano) es un laboratorio público, científico y tecnológico que es parte del Instituto Interuniversitario de Investigación en Bioingeniería y Tecnología Orientada al Ser Humano (I3BH) de la Universidad Politécnica de Valencia. LabHuman engloba actividades de investigación, desarrollo y formación en el que un grupo de expertos de diversos campos (físicos, matemáticos, psicólogos, médicos, diseñadores, etc.) trabajan conjuntamente para conseguir que la tecnología pueda mejorar las habilidades humanas. Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 104! auriculares pueden ver imágenes tridimensionales que les facilitan enormemente la comprensión de las lecciones. El software esta dentro del S.O Lliurex de la Conselleria y es de libre acceso tanto para alumnos como para padres. 5.7. RA MILITAR Las aplicaciones de RA desarrolladas en el campo militar son destinadas a conseguir aumentar las posibilidades estratégicas y defensivas de los ejércitos militares. Así se puede mencionar la aplicación que dicha tecnología tiene en el campo de la aeronáutica, o en el entrenamiento militar, tanto en la simulación del manejo de distintos aparatos de pilotaje como en el entrenamiento del personal militar en situaciones de combate. Figura 88: RA aplicada a la educación. ! Fuente 88: www.poderpda.com/noticias/realidad-aumentada-de-la-industriamecanica-a-la-sociedad-de-consumo/ Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 105! En el ejercito militar tradicionalmente se ha usado y se usan dispositivos de visualización de RA llamados Head Up Display. Estos dispositivos de visualización ,mencionados ya en esta tesina, son utilizados sobre todo en los aviones de combate para mostrar al piloto datos sobre la altura, velocidad, etc. Es decir, datos todos ellos relevantes para poder a cabo una correcta misión militar. Existen dos tipos de Head Up Display, los llamados: los dispositivos fijos que se caracterizan por aparecer la información en el vidrio de la cabina y los de casco (llamados Helmet Mounted Display) que muestran la información en la visera del casco o bien en una lente colocado frente a uno de los ojos gracias a la ayuda de un brazo lateral. Este tipo de visualización se utiliza sobre todo en los aviones de combate para mostrar al piloto datos sobre la altura, velocidad… Fuente 89: http://solutekcolombia.com/realidad_aumentada_aplicacion_militar.htm Figura 89: Head Up Displays. Fuente 90: http://media.defenseindustrydaily.com/images/ELEC_HMD_Cobra_lg.jpg Figura 90: Helmet Mounted Display. Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 106! 6. CONCLUSIONES La modalidad de investigación llevada a cabo a través de esta tesina ha propiciado no sólo conseguir recopilar una buena documentación de diversa índole (libros, trabajos de investigación, revistas especializadas, vídeos, fotografías, etc) sino que ha contribuido a conseguir un material riguroso y serio con el que confeccionar un trabajo de investigación que aborda esta tecnología teniendo como premisa cumplir fundamentalmente con los dos objetivos marcados desde el inicio del trabajo. El primer objetivo cumplido ha sido conocer los fundamentos de la RA para ello se ha partido del concepto realidad aumentada lo que ha hecho situar al investigador y al lector de la tesina en el campo en el que se desarrolla la tecnología presentando los elementos que la configuran. Para reforzar aún más este primer objetivo se ha ido descomponiendo estos elementos y realizado un estudio pormenorizado de cada uno de ellos. Este hecho ha contribuido a conocer que funciones cumplen cada uno de ellos y en que momento del proceso de la tecnología surgen. La tecnología de RA no es un hecho aislado sino que su nacimiento y su desarrollo se debe, en parte, a fenómenos próximos a él. El acercamiento que se ha producido a la realidad virtual ha propiciado demostrar este hecho. Pero la labor de investigación realizada a través de la tesina ha ido un paso más aproximándose no sólo a saber que es la realidad aumentada sino que también se ha conseguido estudiar algunas de las aplicaciones que tiene o puede tener esta tecnología en esferas de las sociedad como la medicina, la educación, fabricación, etc. A través de esta vertiente investigadora se ha Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 107! aproximado a conseguir realizar otros de los objetivos propuesto en la tesina que era conseguir estudiar la aplicaciones de la tecnología. También a través de este trabajo se ha conseguido abordar las hipótesis marcadas por la autora y que se pasan a recordar a continuación: • El desarrollo de la Realidad Aumentada ¿conlleva la incorporación o adaptación de esta tecnología a esferas de la sociedad tales como la medicina, la educación, el entretenimiento?. • Si es aplicable a ¿qué áreas de la sociedad se aplican o se prevé que se aplicarán?. Este hecho ¿contribuirá a que la tecnología sea de más fácil accesibilidad?. Una vez recordadas las hipótesis se puede extraer las conclusiones pertinentes que hacen constatar que la RA es una tecnología que aporta al usuario que la utiliza importantes aspectos positivos como son un aumento de la percepción y la interrelación con el entorno real dónde se encuentra debido a esa combinación que realiza entre el mundo real y la realidad virtual. Donde la información virtual le aporta información al usuario que no puede detectar directamente por sus sentidos y por tanto complementa las capacidades de este consiguiendo que la interacción usuario-realidad sea mayor. También conlleva que esos factores positivos de esta tecnología la hacen proclive a incorporarse a otros esferas de la sociedad surgiéndose así aplicaciones en campos como la medicina, a través de tratamientos curativos, o en campos más estratégicos como es el militar con la incorporación de pantallas en los aviones que son especiales para la visualización de realidad aumentada. Incluso es aplicable a la vida cotidiana de las personas como muestra cabe Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 108! recordar la utilización de RA como probador virtual de productos o como herramienta para poder realizar una visita guiada por alguna ciudad. Estos factores conllevan a que esta tecnología tenga una buena base para afianzarse en una sociedad progresivamente dependiente de dispositivos electrónicos y aplicaciones que faciliten su vida diaria. Como contrapunto a esas buenas predisposiciones de asentamiento de esta tecnología está que a pesar de ser una tecnología de fácil accesibilidad es aún desconocida para la gran mayoría de la sociedad. Esto es debido a la falta de una información comprensible para el usuario de calle que no es experto en esta tecnología ni experto en los dispositivos electrónicos que conlleva utilizar esta tecnología. Además del gasto económico que conlleva poder utilizarla al tener que disponer de algunos elementos como son smartphones, cámara, dispositivos electrónicos, acceso internet, etc. A estos inconvenientes hay que unirle uno más que es la proliferación de experimentación que se sufre con esta tecnología (existen numerosos proyectos en torno a esta tecnología) hace que aun no se encuentren del todo asentadas sus aplicaciones y que conlleva una etapa fructífera en cuanto a investigaciones pero caótica en cuanto a utilización diaria por parte del usuario. En consecuencia, en general se llega a la determinación que la realidad aumentada es una tecnología novedosa, beneficiosa para diversas esferas de la sociedad. Pero que aún se encuentra en fase experimental y adaptativa en estas esferas y su evolución depende no sólo de ella sino de otros fenómenos como son, entre otros, la evolución de los dispositivos electrónicos, el conocimiento y accesibilidad del usuario a la tecnología o la evolución de otras tecnologías. Tesina de investigación del máster en postproducción digital. EPSG. “Realidad aumentada. Fundamentos y aplicaciones”. Rocio Vian Gimeno. 109! 7. BIBLIOGRAFÍA • Abad, José. “Integración fotorrealista de objetos sintéticos en escenas reales mediante visualización basada en imagen”. Tesis doctoral. Dirigida por Dr. Roberto Vivó Hernando y Dr. Emilio Camahort Gurrea. Departamento de Sistemas Informáticos y Computación. Universidad Politécnica de Valencia, 2004. • Alcarria, Carlos. ”Desarrollo de un sistema de Realidad Aumentada en dispositivos móviles”. Proyecto final de carrera. Dirigido por Dra. Mª Carmen Juan Lizandra. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Informática. 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