realidad aumentada modulo 2. dispositivos de entrada y salida

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Realidad Aumentada | María José Abásolo | Facultad Informática U NLP | noviembre 2013 REALIDAD AUMENTADA Profesora: María José Abásolo Universidad Nacional de La Plata

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Page 1: Realidad Aumentada Modulo 2. Dispositivos de entrada y salida

Realidad Aumentada | María José Abásolo | Facultad Informática UNLP | noviembre 2013

REALIDAD AUMENTADA

Profesora:

María José AbásoloUniversidad Nacional de La Plata

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Realidad Aumentada | María José Abásolo | Facultad Informática UNLP | noviembre 2013

MÓDULO 1 Introducción a Realidad Aumentada (RA) MÓDULO 2Dispositivos de entrada y salida MÓDULO 3Fundamentos teóricos MÓDULO 4Librerías y authoring de RA

Contenidos

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M2- Dispositivos de entrada y salida

Características de un sistema de RA Dispositivos de entrada

Captura Tracking Interacción

Dispositivos de salida Visuales Auditivas Táctiles

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M2- Dispositivos de entrada y salida

Características de un sistema de RA Dispositivos de entrada Dispositivos de salida

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Cómo es una aplicación de RA

TRACKINGCAPTURA

GENERADOR INFORMACION AGREGADA

Posición y orientación Video o visión directadel mundo real

Imagen real + objetos virtuales registrados

Proyección dela escena virtual (gráficos 3d)

VISUALIZADOR+ sonidos+ respuestastáctiles

M2- Dispositivos de entrada y salida

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Cómo es una aplicación de RA Capturar la escena real Conocer posición y dirección de visión usuario: tracking Aumentar la escena real Interacción user-sistema

M2- Dispositivos de entrada y salida

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Necesidades de RA

Dispositivos de entrada Dispositivos de salida Aplicación en tiempo real

M2- Dispositivos de entrada y salida

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Necesidades de RA

Dispositivos de entrada Capturar la realidad Conocer posición-seguimiento (tracking) Interactuar con el sistema (comandos de entrada)

M2- Dispositivos de entrada y salida

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Necesidades de RA

Dispositivos de salida Visualizador (display) que integre realidad –

virtualidad Otras salidas no visuales: sonidos y estímulos

táctiles

M2- Dispositivos de entrada y salida

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Necesidades de RA

Aplicación en tiempo real Integrar realidad y virtualidad Interactividad (mediante nuevas metáforas de

interacción)

M2- Dispositivos de entrada y salida

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M2- Dispositivos de entrada y salida

Dispositivos de entrada Captura Tracking Interacción

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Dispositivos de entradaCaptura de la realidad

M2- Dispositivos de entrada y salida

La captura de la realidad es la obtención de un video en tiempo real desde el punto de vista de un usuario Un video es una secuencia de imágenes I1, I2, …, In

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Dispositivos de entradaCaptura de la realidad

M2- Dispositivos de entrada y salida

La velocidad de captura depende del hard y soft utilizado

25 a 30 imágenes por segundo es la cantidad de imágenes que tenemos que visualizar en una pantalla para percibir continuidad en la secuencia de objetos en movimiento

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Dispositivos de entradaCaptura de la realidad

M2- Dispositivos de entrada y salida

El video capturado puede necesitarse para: Visualizar un nuevo video “aumentado”

video capturado + imágenes sintéticas video capturado

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Dispositivos de entradaCaptura de la realidad

M2- Dispositivos de entrada y salida

El video capturado puede necesitarse para: Visualizar un nuevo video “aumentado”

Si el dispositivo de visualización es “transparente” no se requiere hacer un “video aumentado” ya que el usuario visualiza la realidad directa y por lo tanto no sería necesaria la captura de video para este propósito

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Dispositivos de entradaCaptura de la realidad

M2- Dispositivos de entrada y salida

El video capturado puede necesitarse también para: Realizar el tracking videométrico

Esto significa analizar cada imagen del video en busca de características que ayuden a establecer la posición y orientación del usuario en el mundo real en cada instante

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Dispositivos de entradaCaptura de la realidad

M2- Dispositivos de entrada y salida

La captura de la realidad se realiza por medio de una cámara Puede estar integrada al dispositivo de

visualización Puede ser una cámara independiente del

dispositivo de visualización

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Dispositivos de entradaCaptura de la realidad

M2- Dispositivos de entrada y salida

Dispositivos de captura de la realidad Cámara web conectada a PC Cámara incorporada a casco-gafas “HMD” Cámara integrada en dispositivo “hand

held” Ninguno (si no se necesita el video ni para

hacer video aumentado ni para realizar tracking)

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Dispositivos de entradaCaptura de la realidad

M2- Dispositivos de entrada y salida

Dispositivos de captura de la realidad Cámara web conectada a PC

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Dispositivos de entradaCaptura de la realidad

M2- Dispositivos de entrada y salida

Dispositivos de captura de la realidad Cámara incorporada a casco-gafas “HMD”

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Dispositivos de entradaCaptura de la realidad

M2- Dispositivos de entrada y salida

Dispositivos de captura de la realidad Cámara integrada en dispositivo “hand

held”

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Dispositivos de entradaCaptura de la realidad

M2- Dispositivos de entrada y salida

Según los dispositivos usados la cámara puede Estar fija, capturando una escena en

movimiento. Por ejemplo: aplicaciones de escritorio en las que movemos un marcador

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Dispositivos de entradaCaptura de la realidad

M2- Dispositivos de entrada y salida

Según los dispositivos usados la cámara puede Ser una cámara móvil

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M2- Dispositivos de entrada y salida

Dispositivos de entrada Captura Tracking Interacción

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Dispositivos de entradaTracking

M2- Dispositivos de entrada y salida

El movimiento de un usuario u objeto se describe mediante 6 parámetros o grados de libertad (Degree Of Freedom o DOF) 3 grados dan la posición (x,y,z) en un sistema de

coordenadas de referencia 3 grados dan la rotación (Rx,Ry,Rz) con

respecto a los 3 ejes principales X,Y,Z de un sistema de referencia

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Dispositivos de entradaTracking

M2- Dispositivos de entrada y salida

Según la aplicación, el tracking puede realizarse de: la cabeza los ojos la mano y de los dedos un objeto

Nota: no nos estamos refiriendo a tracking aplicaciones de RA exclusivamente sino también a RV e interfaces avanzadas

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Tracking de la cabeza Puede necesitarse conocer solamente

su posición o también su orientación Utilizado en aplicaciones de RV y

algunas de RA

Dispositivos de entradaTracking

M2- Dispositivos de entrada y salida

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Tracking de ojos El “eye tracking” o seguimiento del ojo nos

permite saber dónde dirige su mirada una persona y la altura de los ojos

Utilizado como interfaz de usuario, por ejemplo para personas con movilidad reducida

Dispositivos de entradaTracking

M2- Dispositivos de entrada y salida

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Tracking de la mano y dedos Necesario para proporcionar al usuario

un mecanismo de interacción con el mundo

Ayuda a la comunicación entre varios participantes

Se usa en RV y en algunas aplicaciones de RA

Dispositivos de entradaTracking

M2- Dispositivos de entrada y salida

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Tracking de la mano y dedos DataGlove: utiliza un sensor de posición.

Tiene sensores para detectar la flexión de los dedos (5° de resolución)

Dispositivos de entradaTracking

M2- Dispositivos de entrada y salida

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Tracking de objetos Hay objetos que pueden servir como

indicación de la posición del usuario Utilizar un dispositivo puntero 3D indica donde puede estar la mano Girar un volante indica la posición de las manos Pulsar un pedal indica donde esta el pié

Dispositivos de entradaTracking

M2- Dispositivos de entrada y salida

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Tracking de objetos Otros objetos necesitan un tracking

independiente del usuarioPor ejemplo, una aplicación de RA de entrenamiento médico que utiliza un bisturí

Dispositivos de entradaTracking

M2- Dispositivos de entrada y salida

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Tracking de objetos Objetos que se utilizan como interfaz de

usuario

Dispositivos de entradaTracking

M2- Dispositivos de entrada y salida

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El tracking nos provee posición y orientación relativa a un cierto sistema de coordenadas Por ejemplo: en una aplicación de RA con

marcadores, cual es la posición y orientación de un cierto marcador en relación a la cámara que captura la escena

Por ejemplo: en un video de vigilancia, cual es la posición relativa de una cierta persona en relación a su posición anterior

Dispositivos de entradaTracking

M2- Dispositivos de entrada y salida

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En algunas aplicaciones de RA denominadas gravimétricas (Gravimetric AR) es necesario conocer la posición y orientación global (latitud, longitud, altitud y orientación con respecto al Norte)

Dispositivos de entradaTracking

M2- Dispositivos de entrada y salida

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Gravimetric AR Madden, L. (2011) Professional Augmented Reality Browsers

for Smartphones. Programming for junaio, Layar and Wikitude. John Wiley & Sons, ISBN 978-1-119-99281-3.

Se denomina a las aplicaciones de RA basadas en la localización del usuario a través del GPS y otros sensores del teléfono móvil: se conoce la posición del usuario y en que dirección apunta con su dispositivo de captura/visualización

La aplicación puede visualizar información relevante a la posición mostrando que hay alrededor dependiendo de los intereses del perfil

Dispositivos de entradaTracking

M2- Dispositivos de entrada y salida

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Dispositivos de entradaTracking

M2- Dispositivos de entrada y salida

El tracking puede realizarse de muchas maneras: Tracking basado en dispositivos Tracking basado en video o videométrico Tracking híbrido: combinación de ambos

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El tracking puede realizarse de muchas maneras Tracking basado en dispositivos Tracking basado en video o videométrico Tracking híbrido: combinación de ambos

Dispositivos de entradaTracking

M2- Dispositivos de entrada y salida

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Dispositivos de tracking Electromagnético Mecánico Óptico Ultrasónico Neuromuscular Inercial GPS

Dispositivos de entradaTracking | Dispositivos de tracking

M2- Dispositivos de entrada y salida

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Tracking Electromagnético

Dispositivos de entradaTracking | Dispositivos de tracking

M2- Dispositivos de entrada y salida

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Tracking Electromagnético Denominado Inside-out, pues los sensores están

en el cuerpo (inside) y recolectan datos de fuentes externas (out)

Los sensores del cuerpo se mueven en un campo elecromagnético exterior

Utilizado en algunas aplicaciones de realidad virtual de ambiente controlado

Dispositivos de entradaTracking | Dispositivos de tracking

M2- Dispositivos de entrada y salida

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Tracking Electromagnético Relación entre un gran transmisor y un

pequeño receptor No se necesita una línea de visión directa Múltiples receptores permiten el seguimiento

de diferentes articulaciones Normalmente funciona con cables Los metales pueden crear interferencias El espacio de trabajo es reducido

Dispositivos de entradaTracking | Dispositivos de tracking

M2- Dispositivos de entrada y salida

Page 43: Realidad Aumentada Modulo 2. Dispositivos de entrada y salida

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Tracking Mecánico

Dispositivos de entradaTracking | Dispositivos de tracking

M2- Dispositivos de entrada y salida

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Tracking Mecánico Denominado Inside-in, ya que tanto los sensores

como las fuentes están localizados en el cuerpo

Trajes electromecánicos: los sensores son potenciómetros y las fuentes son las articulaciones reales del cuerpo que presionan sobre ellos

Utilizado en algunas aplicaciones de realidad virtual de ambiente controlado

Dispositivos de entradaTracking | Dispositivos de tracking

M2- Dispositivos de entrada y salida

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Dispositivos de tracking Mecánico

Muy rápido Muy preciso Muy incomodo para el usuario Movimientos muy limitados Se puede integrar la respuesta de fuerzas

(force-feedback)

Dispositivos de entradaTracking | Dispositivos de tracking

M2- Dispositivos de entrada y salida

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Dispositivos de tracking Óptico

Dispositivos de entradaTracking | Dispositivos de tracking

M2- Dispositivos de entrada y salida

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Dispositivos de tracking Óptico

Dispositivos de entradaTracking | Dispositivos de tracking

M2- Dispositivos de entrada y salida

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Dispositivos de tracking Óptico

Outside-in: sensores externos (outside) para recolectar datos de fuentes localizadas en el cuerpo (in)

Sistemas basados en cámaras: las cámaras son los sensores que capturan los marcadores reflectivos que actuan como fuentes

Utilizados para captura de movimiento para realizar animaciones

Dispositivos de entradaTracking | Dispositivos de tracking

M2- Dispositivos de entrada y salida

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Dispositivos de tracking Óptico

Utiliza cámaras de video u otros sensores de luz para determinar la posición del usuario

No necesita cables Con varias cámaras se puede obtener la

posición 3D Necesita visión directa y buena iluminación

Dispositivos de entradaTracking | Dispositivos de tracking

M2- Dispositivos de entrada y salida

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Dispositivos de tracking Ultrasónico

Utiliza sonidos de alta frecuencia A través de fuentes localizadas en el sujeto en

movimiento y receptores localizados en el ambiente se puede estimar la posición del sujeto midiendo el tiempo de retardo del sonido recibido en los diferentes receptores

No es bueno en ambientes ruidosos Se usa en interiores

Dispositivos de entradaTracking | Dispositivos de tracking

M2- Dispositivos de entrada y salida

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Dispositivos de tracking Neuromuscular

Dispositivos de entradaTracking | Dispositivos de tracking

M2- Dispositivos de entrada y salida

Page 52: Realidad Aumentada Modulo 2. Dispositivos de entrada y salida

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Dispositivos de tracking Neuromuscular

Miden el movimiento de partes del cuerpo relativo a otras partes del cuerpo

No han sido muy explotados en el campo de la RV

Dispositivos de entradaTracking | Dispositivos de tracking

M2- Dispositivos de entrada y salida

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Dispositivos de tracking Inercial

Utiliza instrumentos que pueden detectar y medir cambios de fuerzas giroscópicas (aceleración e inclinación)

Acelerómetros y giroscopios permiten conocer aceleración y velocidad de rotación, a partir de las cuales puede conocerse los 6 grados de libertad de la pose.

Dispositivos de entradaTracking | Dispositivos de tracking

M2- Dispositivos de entrada y salida

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Dispositivos de tracking Inercial

Las ventajas de este tipo de dispositivos radica en su rapidez y su buena respuesta a cambios bruscos.

No precisan punto de referencia Su principal desventaja suele ser que pierden precisión

a lo largo del tiempo y por esto cada cierto tiempo deben recalibrase

Funcionan bien combinados con otros sistemas (tracking híbrido)

Dispositivos de entradaTracking | Dispositivos de tracking

M2- Dispositivos de entrada y salida

Page 55: Realidad Aumentada Modulo 2. Dispositivos de entrada y salida

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Dispositivos de tracking Inercial

Los cascos de RV (HMD) suelen incorporar sensores inerciales para el tracking de la cabeza

Algunos modelos de teléfonos móviles de última generación poseen integrados acelerómetros y giroscopios con tecnología MEMS (MicroElectroMechanical Systems)

Son muy utlizados en aplicaciones de RA

Dispositivos de entradaTracking | Dispositivos de tracking

M2- Dispositivos de entrada y salida

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Dispositivos de tracking GPS (Global Positional System)

Un sistema GPS o Sistema de Posicionamiento Global está compuesto por un lado por una red de 30 satélites NAVSTAR y por otro lado por unos receptores GPS. La red de satélites es propiedad del Gobierno de los Estados Unidos de América y está gestionado por su Departamento de Defensa (DoD).

Brinda la latitud, longitud y altura en el sistema de coordenadas global (planeta) que puede usarse para consultar un Sistema de Información Geográfica (SIG)

Brinda los 3 grados de libertad de la posición del usuario

Dispositivos de entradaTracking | Dispositivos de tracking

M2- Dispositivos de entrada y salida

Page 57: Realidad Aumentada Modulo 2. Dispositivos de entrada y salida

Realidad Aumentada | María José Abásolo | Facultad Informática UNLP | noviembre 2013

Dispositivos de tracking GPS (Global Positional System)

Para mejorar la exactitud del valor que brinda puede usarse lo que se denomina DGPS o GPS diferencial, donde se usa la ubicación exacta ya calibrada de una estación base la cual computa y transmite el error introducido el cual es utilizado por los receptores GPS para corregir su posición Error estación base = posición calibrada - posición recibida

por GPS

Dispositivos de entradaTracking | Dispositivos de tracking

M2- Dispositivos de entrada y salida

Page 58: Realidad Aumentada Modulo 2. Dispositivos de entrada y salida

Realidad Aumentada | María José Abásolo | Facultad Informática UNLP | noviembre 2013

Dispositivos de tracking GPS (Global Positional System)

El A-GPS (Assisted GPS) o GPS asistido es un sistema de posicionamiento por satélite que al iniciarse recoge las coordenadas de las antenas para teléfonos móviles y así ubica los satélites de posicionamiento global de una forma más rápida y eficiente

Fue desarrollado para mejorar el funcionamiento del sistema y se suele usar en dispositivos móviles

Dispositivos de entradaTracking | Dispositivos de tracking

M2- Dispositivos de entrada y salida

Page 59: Realidad Aumentada Modulo 2. Dispositivos de entrada y salida

Realidad Aumentada | María José Abásolo | Facultad Informática UNLP | noviembre 2013

Dispositivos de tracking GPS (Global Positional System)

Para obtener los 6 DOF se necesita conocer, además de los datos de posición de GPS, los 3 grados de libertad de la orientación del usuario El GPS se debe combinar con otro dispositivo como por

ejemplo una brújula

Dispositivos de entradaTracking | Dispositivos de tracking

M2- Dispositivos de entrada y salida

Page 60: Realidad Aumentada Modulo 2. Dispositivos de entrada y salida

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Dispositivos de tracking Brújula digital

Al igual que una brújula convencional brinda la orientación en un sistema global

Las brújulas que se encuentran en los teléfonos móviles son denominadas brújulas de estado sólido, generalmente construidas mediante sensores de campo magnético que envían señales a un microprocesador.

La ventaja con respecto al uso de sensores inerciales es que brindan un resultado con error constante, el cual puede precalibrarse durante la instalación del sistema.

Dispositivos de entradaTracking | Dispositivos de tracking

M2- Dispositivos de entrada y salida

Page 61: Realidad Aumentada Modulo 2. Dispositivos de entrada y salida

Realidad Aumentada | María José Abásolo | Facultad Informática UNLP | noviembre 2013

El tracking puede realizarse de muchas maneras Tracking basado en dispositivos Tracking basado en video Tracking híbrido: combinación de ambos

Dispositivos de entradaTracking

M2- Dispositivos de entrada y salida

Page 62: Realidad Aumentada Modulo 2. Dispositivos de entrada y salida

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Tracking videométrico Una cámara captura video de la escena

real Se analiza el video cuadro a cuadro por

medio de algoritmos de visión por computadora para localizar características (elementos de referencia en el mundo real) que ayuden a deducir el cambio de posición y orientación de la cámara en cada instante

Dispositivos de entradaTracking | Tracking videométrico

M2- Dispositivos de entrada y salida

Page 63: Realidad Aumentada Modulo 2. Dispositivos de entrada y salida

Realidad Aumentada | María José Abásolo | Facultad Informática UNLP | noviembre 2013

El tracking videométrico puede hacerse: Tracking de marcadores Tracking de una imagen Tracking sin conocer la escena real

Dispositivos de entradaTracking | Tracking videométrico

M2- Dispositivos de entrada y salida

Page 64: Realidad Aumentada Modulo 2. Dispositivos de entrada y salida

Realidad Aumentada | María José Abásolo | Facultad Informática UNLP | noviembre 2013

Dispositivos de entradaTracking | Tracking videométrico

M2- Dispositivos de entrada y salida

Tracking videométrico puede hacerse: Tracking de marcadores Tracking de una imagen Tracking sin conocer la escena real

Page 65: Realidad Aumentada Modulo 2. Dispositivos de entrada y salida

Realidad Aumentada | María José Abásolo | Facultad Informática UNLP | noviembre 2013

Tracking de marcadores

Dispositivos de entradaTracking | Tracking videométrico

M2- Dispositivos de entrada y salida

http://www.youtube.com/watch?v=HgrJ3gwwP94video

Page 66: Realidad Aumentada Modulo 2. Dispositivos de entrada y salida

Realidad Aumentada | María José Abásolo | Facultad Informática UNLP | noviembre 2013

Tracking de marcadores Un marcador, denominado en inglés “fiducial

marker”, es una imagen 2D impresa con un formato específico conocido por la aplicación de tracking

Hay diferentes formatos de marcadores creados por diferentes aplicaciones y para diferentes propósitos

Las aplicaciones de realidad aumentada basada en marcadores son las más populares

Dispositivos de entradaTracking | Tracking videométrico

M2- Dispositivos de entrada y salida

Page 67: Realidad Aumentada Modulo 2. Dispositivos de entrada y salida

Realidad Aumentada | María José Abásolo | Facultad Informática UNLP | noviembre 2013

Tracking de marcadores El algoritmo de detección de marcador busca en

cada imagen del video los puntos pertenecientes al marcador

A partir de la obtención de los puntos 2D del marcador en la imagen dado que se conoce cómo es el marcador en la realidad se puede estimar su posición y orientación en el espacio en relación a la cámara

Con esta información pueden superponerse objetos virtuales “registrados”

Dispositivos de entradaTracking | Tracking videométrico

M2- Dispositivos de entrada y salida

Page 68: Realidad Aumentada Modulo 2. Dispositivos de entrada y salida

Realidad Aumentada | María José Abásolo | Facultad Informática UNLP | noviembre 2013

Tracking de marcadores Marcadores de tipo “template”

Dispositivos de entradaTracking | Tracking videométrico

M2- Dispositivos de entrada y salida

Marcador de tipo “template”

Page 69: Realidad Aumentada Modulo 2. Dispositivos de entrada y salida

Realidad Aumentada | María José Abásolo | Facultad Informática UNLP | noviembre 2013

Tracking de marcadores Marcadores de tipo “template”

Son muy conocidos dado que son los utilizados por la librería ARToolkit

El formato es un cuadrado negro y dentro un cuadrado blanco que tiene dentro una imagen asimétrica en negro.

Es posible crear nuevos marcadores respetando este formato y entrenando previamente a la aplicación para incorporar el marcador a la base de datos de marcadores conocidos.

Dispositivos de entradaTracking | Tracking videométrico

M2- Dispositivos de entrada y salida

Page 70: Realidad Aumentada Modulo 2. Dispositivos de entrada y salida

Realidad Aumentada | María José Abásolo | Facultad Informática UNLP | noviembre 2013

Tracking de marcadores Marcadores de tipo “ID-marker”

Dispositivos de entradaTracking | Tracking videométrico

M2- Dispositivos de entrada y salida

Marcador de tipo “ID-marker”

Page 71: Realidad Aumentada Modulo 2. Dispositivos de entrada y salida

Realidad Aumentada | María José Abásolo | Facultad Informática UNLP | noviembre 2013

Tracking de marcadores Marcadores de tipo “ID-marker”

Codifican un número de 9-bits (hasta 512 diferentes) en un patrón de 6 x 6, repitiendo los 9 bits 4 veces completando los 36 bits.

Una variante de estos marcadores son los denominados BCH (Bose, Ray-Chaudhuri, Hocquenghem), los cuales son más robustos ya que usa un algoritmo avanzado de chequeos de redundancia cíclica (CRC). Se incrementa el número de marcadores disponibles a un total de 4096.

Este tipo de marcadores o una variante de los mismos son los utilizados por librerías sucesoras de ARToolkit como ARTag y ARToolkitPlus.

Dispositivos de entradaTracking | Tracking videométrico

M2- Dispositivos de entrada y salida

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Tracking de marcadores Marcadores de tipo “DataMatrix” y “QRCode”

Dispositivos de entradaTracking | Tracking videométrico

M2- Dispositivos de entrada y salida

Marcador de tipo “DataMatrix” Marcador de tipo “QRCode”

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Tracking de marcadores Marcadores de tipo “DataMatrix” y “QRCode”

No fueron diseñados específicamente para realidad aumentada. Su uso principal se asocia a los hipervínculos

Codifican una serie de caracteres ASCII Uno de los usos más comunes es la codificación de una

URL de forma que una aplicación al leerlos y decodificarlos pueda derivar al sitio web codificado

Por ejemplo: puedes encontrar en los comercios un poster de la AFIP con estos marcadores para derivar a su sitio web

Dispositivos de entradaTracking | Tracking videométrico

M2- Dispositivos de entrada y salida

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Tracking de marcadores Marcadores de tipo “DataMatrix” y “QRCode”

Mientras que los DataMatrix pueden almancenar hasta 2335 caracteres, los QRCode almacenan 4296 caracteres. QRCode incluye además símbolos japoneses.

Existen algunas aplicaciones de realidad aumentada que utilizan dichos códigos no solo con el propósito mencionado sino como marcadores para tracking. En particular, ARToolkitPlus reconoce DataMatrix.

Dispositivos de entradaTracking | Tracking videométrico

M2- Dispositivos de entrada y salida

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Tracking de marcadores Ventajas de tracking de marcadores:

Robusta Computacionalmente eficiente

Desventajas de tracking de marcadores: Los marcadores son visibles para los usuarios

interfiriendo con la escena real

Dispositivos de entradaTracking | Tracking videométrico

M2- Dispositivos de entrada y salida

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Tracking videométrico puede hacerse: Tracking de marcadores Tracking de una imagen Tracking sin conocer la escena real

Dispositivos de entradaTracking | Tracking videométrico

M2- Dispositivos de entrada y salida

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Tracking de una imagen

Dispositivos de entradaTracking | Tracking videométrico

M2- Dispositivos de entrada y salida

http://www.youtube.com/watch?v=UTPZDrq4hWgvideo

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Tracking de una imagen A veces no se puede o no se desea poner

marcadores en una escena y en cambio utilizar una imagen con el mismo propósito

Para cada objeto en una imagen hay muchas características o puntos de interés del objeto que pueden extraerse para proveer una descripción del mismo

En ese caso se pueden realizar el seguimiento de características naturales presentes en la imagen de la escena como son bordes, esquinas y texturas

Dispositivos de entradaTracking | Tracking videométrico

M2- Dispositivos de entrada y salida

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Tracking videométrico puede hacerse: Tracking de marcadores Tracking de una imagen Tracking sin conocer la escena real

Dispositivos de entradaTracking | Tracking videométrico

M2- Dispositivos de entrada y salida

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Tracking sin conocimiento de la escena

Dispositivos de entradaTracking | Tracking videométrico

M2- Dispositivos de entrada y salida

http://www.youtube.com/watch?v=pBI5HwitBX4video

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Tracking sin conocimiento de la escena Tanto los algoritmos de tracking de marcadores

como de imágenes implican conocer cómo es el marcador o la imagen respectivamente

Existen algoritmos utilizados en robótica que permiten realizar un tracking de un objeto sin tener conocimiento del mismo SLAM (Simultaneous Localization and Mapping)

Dispositivos de entradaTracking | Tracking videométrico

M2- Dispositivos de entrada y salida

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El tracking puede realizarse de muchas maneras Tracking basado en dispositivos Tracking basado en video Tracking híbrido: combinación de ambos

Dispositivos de entradaTracking

M2- Dispositivos de entrada y salida

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Tracking híbrido Tanto el tracking basado en dispositivos físicos como

el tracking videométrico tienen sus ventajas y desventajas El tracking basado en visión es lento y por ende falla en

movimientos rápidos. Su ventaja es su estabilidad a largo plazo

El tracking inercial es rápido pero puede tener acumulación de errores a largo plazo

Para aprovechar las ventajas de ambos algunas técnicas combinan la salida de dispositivos físicos y el análisis de video

Dispositivos de entradaTracking | Tracking híbrido

M2- Dispositivos de entrada y salida

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Tracking híbrido Los sensores (inerciales, giroscopios, GPS) permiten

predecir la posición de la cámara y la misma puede refinarse utilizando técnicas de visión

Efectivo para aplicaciones que requieren estimar la posición de una cámara en movimiento con respecto a una escena estática, pero no se aplica al tracking de objetos en movimiento con una cámara estática

Dispositivos de entradaTracking | Tracking híbrido

M2- Dispositivos de entrada y salida

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M2- Dispositivos de entrada y salida

Dispositivos de entrada Captura Tracking Interacción: Comandos de Entrada

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El usuario transmite sus deseos al sistema mediante comandos de entrada

Para comandos de entrada se pueden utilizar Controles físicos Control del habla Control por gestos

Dispositivos de entradaComandos de entrada

M2- Dispositivos de entrada y salida

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Controles físicos Entradas físicas directas en el sistema Pantalla táctil, puntero, mouse, botones,

interruptores, potenciómetros En RV se utilizan

Props Plataformas

Dispositivos de entradaComandos de entrada

M2- Dispositivos de entrada y salida

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Controles físicos Props

Dispositivos de entradaComandos de entrada

M2- Dispositivos de entrada y salida

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Controles físicos Props

Son objetos físicos utilizados para representar algún objeto dentro del mundo virtual

Al ser reales, permiten al usuario una manipulación fácil del objeto

Hacen el mundo virtual un poco más real

Dispositivos de entradaComandos de entrada

M2- Dispositivos de entrada y salida

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Control del habla Es un método natural de comunicar la

información No es adecuado si se necesita una respuesta

inmediata Es adecuado si se tiene las manos ocupadas Depende del usuario

Dispositivos de entradaComandos de entrada

M2- Dispositivos de entrada y salida

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Control por gestos Es un método natural de comunicar la

información en el que se basan nuevas metáforas de interacción Gestos con manos y dedos Dirección de la mirada

Requiere de técnicas de visión por computador o el uso de dispositivos especiales para el tracking de manos y dedos o cabeza

Dispositivos de entradaComandos de entrada

M2- Dispositivos de entrada y salida

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Control por gestos

Dispositivos de entradaComandos de entrada

M2- Dispositivos de entrada y salida

‘Multimodal interaction with a wearable augmented reality system’ Kölsch M. et al. IEEE Computer Graphics and Applications 26(3): 62-71, 2006

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M2- Dispositivos de entrada y salida

Necesidades de un sistema de RA Dispositivos de entrada Dispositivos de salida

Visuales Auditivas Táctiles

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Los dispositivos de visualización se dividen Estacionarios o estáticos Móviles oclusivos Móviles no oclusivos

Dispositivos de salidaSalidas visuales

M2- Dispositivos de entrada y salida

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Los dispositivos de visualización se dividen Estacionarios o estáticos

Monitor Proyector (Caves, WorkBench, ICON, RA espacial)

Móviles oclusivos Móviles no oclusivos

Dispositivos de salidaSalidas visuales

M2- Dispositivos de entrada y salida

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Los dispositivos de visualización se dividen Estacionarios o estáticos

Monitor Proyector (Caves, WorkBench, ICON, RA espacial)

Móviles oclusivos HMD (Head-Mounted Display) o cascos de RV Gafas de RA de “video see through”

Móviles no oclusivos

Dispositivos de salidaSalidas visuales

M2- Dispositivos de entrada y salida

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Los dispositivos de visualización se dividen Estacionarios o estáticos

Monitor Proyector (Caves, WorkBench, ICON, RA espacial)

Móviles oclusivos HMD (Head-Mounted Display) o cascos de RV Gafas de RA de “video see through”

Móviles no oclusivos Gafas de RA “optical see-through” Dispositivos “hand-held” (tablet, teléfonos celulares)

Dispositivos de salidaSalidas visuales

M2- Dispositivos de entrada y salida

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Los dispositivos de visualización se diferencian según las siguientes propiedades: Resolución, color, contraste, brillo Número de canales Distancia focal Campo de visión y campo de mirada Opacidad Posición de la cabeza Latencia y velocidad de refresco

Dispositivos de salidaSalidas visuales

M2- Dispositivos de entrada y salida

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Los dispositivos de visualización también se diferencian según las siguientes cualidades logísticas: Movilidad del usuario Interfaz con el tracking Requisitos del entorno Portabilidad Seguridad Coste

Dispositivos de salidaSalidas visuales

M2- Dispositivos de entrada y salida

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Uso del monitor en RA

Dispositivos de salidaSalidas visuales

M2- Dispositivos de entrada y salida

cámara

monitor

usuario

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Esquema del uso del monitor en RA

Dispositivos de salidaSalidas visuales

M2- Dispositivos de entrada y salida

El dispositivo de tracking no se usa si el tracking es videométrico

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Uso de dispositivos “hand-held” en RA

Dispositivos de salidaSalidas visuales

M2- Dispositivos de entrada y salida

Cámara integradaSensores de trackingintegrados

pantalla

Usuario sostiene eldispositivo

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El esquema de uso de dispositivos “hand-held” en RA es similar al del monitor

Dispositivos de salidaSalidas visuales

M2- Dispositivos de entrada y salida

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Uso de gafas de gafas “optical see-through” en RA

Dispositivos de salidaSalidas visuales

M2- Dispositivos de entrada y salida

No hay cámara si tracking no es basado en videoPuede integrar dispositivode tracking

Gafas transparentes

Usuario sepone las gafas

Monitor paraescena virtualque se combinaópticamente con la escena real visualizada por transparencia de las gafas

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Esquema del uso de gafas “optical see-through” en RA

Dispositivos de salidaSalidas visuales

M2- Dispositivos de entrada y salida

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Uso de gafas “video see-through” en RA

Dispositivos de salidaSalidas visuales

M2- Dispositivos de entrada y salida

Cámara y dispositivo de tracking

HMD oclusivo

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Esquema del uso de gafas “video see-through” en RA

Dispositivos de salidaSalidas visuales

M2- Dispositivos de entrada y salida

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Gafas “video see-through” VS “optical see-through” en RA1) Simplicidad (optical+) Los sistemas ópticos tienen solo un "stream" de video para

tratar: los gráficos sintéticos. El mundo real se ve directamente a través de los combinadores ópticos.

Los sistemas de video blending deben tratar con dos streams de video separados para el mundo real y el virtual. Ambos streams tienen retrasos del orden de las décimas de milisegundos, y deben ser adecuadamente sincronizados para evitar la distorción temporal

Dispositivos de salidaSalidas visuales

M2- Dispositivos de entrada y salida

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Gafas “video see-through” VS “optical see-through” en RA2) Resolución (optical+) El video blending limita la resolución de lo que el usuario ve,

tanto real como virtual, a la resolución del dispositivo display. Los sistemas ópticos también muestran los gráficos con la

resolución del dispositivo display, pero el usuario ve la realidad sin degradar.

Dispositivos de salidaSalidas visuales

M2- Dispositivos de entrada y salida

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Gafas “video see-through” VS “optical see-through” en RA3) Seguridad (optical+) Los Video see-through HMDs son en esencia closed-view

HMDs modificados (los usados en RV que solo muestran mundo virtual). Si se corta la corriente el usuario estará “ciego” y esta es una cuestión concerniente a la seguridad en algunas aplicaciones.

En contraste, cuando la corriente se corta en un sistema optical seethrough HMD, el usuario tiene la vista del mundo real.

Dispositivos de salidaSalidas visuales

M2- Dispositivos de entrada y salida

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Gafas “video see-through” VS “optical see-through” en RA4) Desplazamiento de los ojos (optical+) Con video see-through, la vista del mundo real se obtiene

mediante video camaras. Video see-through puede evitar el problema de la separación de los ojos mediante el uso de espejos para imitar lo que verían los ojos. Sin embargo, esto le agrega complejidad al diseño del sistema HMD.

El desplazamiento de ojos no suele ser un problema en los sistemas ópticos. Usando el centro de rotación de los ojos como el punto de vista en el modelo del mundo virtual debería eliminar la necesidad del tracking exacto de los ojos.

Dispositivos de salidaSalidas visuales

M2- Dispositivos de entrada y salida

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Gafas “video see-through” VS “optical see-through” en RA5) Flexibilidad en la composición (Video+) Un problema básico de los sistemas ópticos es que los

objetos virtuales no “tapan” completamente los objetos reales, por la forma en que funcionan los combinadores ópticos que permiten luz del mundo real y del virtual. Hacer un sistema óptico que selectivamente “apague” la luz del mundo real aumenta la complejidad del diseño. Los objetos virtuales aparecen semitransparentes y esto puede dañar la ilusión de realidad si se requiere.

En contrastes, el video see-through es más flexible en cómo mezcla el mundo real y el virtual, ya que ambos están disponibles en forma digital. Se puede componer pixel a pixel tomando o bien el mundo real o el virtual, o mezclándolos si se quiere sensación de transparencia

Dispositivos de salidaSalidas visuales

M2- Dispositivos de entrada y salida

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Gafas “video see-through” VS “optical see-through” en RA6) Campo de visión (Video+) En un sistema de video blending, las imágenes digitales

capturadas puede procesarse para compensar la distorsión que ocasiona la cámara.

Sin embargo, es más complicado construir displays con técnicas ópticas que tengan un amplio campo de visión. Cualquier distorsión debe corregirse ópticamente en lugar de digitalmente. Esto agrega complejidad a la óptica y las hace caras y le agrega peso al HMD.

Dispositivos de salidaSalidas visuales

M2- Dispositivos de entrada y salida

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Gafas “video see-through” VS “optical see-through” en RA7) Retrasos entre la vista real y virtual (video+) Los sistemas ópticos ofrecen una vista instantánea del mundo

real pero una vista retrasada del mundo virtual, y esta incoherencia tempotal puede causar problemas.

Con los sistemas de video es posible retrasar el video del mundo real para coincidir con el retraso del stream del mundo virtual.

Dispositivos de salidaSalidas visuales

M2- Dispositivos de entrada y salida

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Gafas “video see-through” VS “optical see-through” en RA8) Estrategias para el registro del mundo virtual (video+) En los sistemas ópticos, la única información acerca de la

ubicación de la cabeza del usuario viene del dispositivo de tracking de cabeza.

En los sistemas de video blending, se tiene otra fuente de información: la imagen digitalizada del mundo real, con lo cual pueden usarse técnicas de visión para el registro de imágenes que no estaría disponible en los sistemas ópticos.

Dispositivos de salidaSalidas visuales

M2- Dispositivos de entrada y salida

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M2- Dispositivos de entrada y salida

Necesidades de un sistema de RA Dispositivos de entrada Dispositivos de salida

Visuales Auditivas Táctiles

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Las salidas auditivas pueden clasificarse en Estacionarios o estáticos

parlantes Móviles con la cabeza

auriculares

Dispositivos de salidaSalidas auditivas

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Las salidas auditivas pueden distinguirse por las siguientes propiedades Número de canales Entorno de sonido Localización Oclusión Amplificación

Dispositivos de salidaSalidas auditivas

M2- Dispositivos de entrada y salida

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Las salidas auditivas también pueden distinguirse por las siguientes cualidades logísticas Contaminación por ruido Movilidad del usuario Requisitos del entorno Portabilidad Seguridad Coste

Dispositivos de salidaSalidas auditivas

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Parlantes VS auriculares Las ventajas de los parlantes

Trabajan bien con los visualizadores estacionarios

No requieren el procesado del sonido para crear sonidos referenciados al mundo (estables en el mundo virtual)

Permiten más movilidad al usuario (cables)

Dispositivos de salidaSalidas auditivas

M2- Dispositivos de entrada y salida

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Parlantes VS auriculares Las ventajas de los auriculares

Trabajan bien con los visualizadores dinámicos La implementación de sonidos referenciados a

la cabeza es más fácil de implementar Es más sencillo eliminar los ruidos de la

habitación Son más portables Privados

Dispositivos de salidaSalidas auditivas

M2- Dispositivos de entrada y salida

Page 122: Realidad Aumentada Modulo 2. Dispositivos de entrada y salida

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M2- Dispositivos de entrada y salida

Necesidades de un sistema de RA Dispositivos de entrada Dispositivos de salida

Visuales Auditivas Táctiles

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Las salidas táctiles pueden clasificarse en: Percepción kinestética (propriocéptica) Percepción táctil

Dispositivos de salidaSalidas táctiles

M2- Dispositivos de entrada y salida

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Realidad Aumentada | María José Abásolo | Facultad Informática UNLP | noviembre 2013

Las salidas táctiles pueden clasificarse en:

Dispositivos de salidaSalidas táctiles

M2- Dispositivos de entrada y salida

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Las salidas táctiles pueden distinguirse según sus propiedades: Pistas kinestéticas Fidelidad Pistas táctiles Latencia Contacto Resolución Grados de libertad Refresco Forma Tamaño

Dispositivos de salidaSalidas táctiles

M2- Dispositivos de entrada y salida

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Las salidas táctiles pueden además distinguirse según sus cualidades logísticas: Movilidad del usuario Requisitos del entorno Portabilidad Seguridad Coste

Dispositivos de salidaSalidas táctiles

M2- Dispositivos de entrada y salida