Tcc final - fsa2006

THIAGO BRITO DE DEUS OLIVEIRA
EDSON MOREIRA CEZAR
TIAGO MOREIRA
ALLAN FOSCALDI
APLICAÇÕES DE REALIDADE AUMENTADA COMO FERRAMENTA DE CAD.
Trabalho de Conclusão de Curso
apresentado à Faculdade de Filosofia,
Ciências e Letras do Centro
Universitário Santo André, como
exigência para obtenção do grau de
Bacharel de Ciências da Informação.
Orientador.
Dr.Prof. Ellias Goulart
SANTO ANDRÉ
2006

Á Deus, nossos amigos, familiares e professores;
Ao Dr. Profº. Elias Goulart, pela orientação;
Aos colegas e amigos do Centro Universitário
Fundação Santo
André.

E se tudo que você vê fosse mais do
que você realmente vê, a pessoa próxima a
você é um samurai e o espaço que parece
vazio é uma porta secreta para outro
mundo? E se algo aparece que não
deveria? Ou você o negligencia, ou aceita
que existe muito mais no mundo do que
imagina. Talvez seja realmente uma porta,
e se você optar por entrar, você poderá
encontrar muitas coisas inesperadas.
(Shigeru Miyamoto).

RESUMO i
As inovações nos campos de tecnologias envolvendo o uso de objetos criados por
computador, dão nova ênfase ao uso de novos conceitos para o desenvolvimento de
produtos. A evolução do poder de processamento dos atuais computadores e
conseqüente melhor representação, organização e visualização de dados provêm
estruturas capazes de explorar a realidade, aumentando-a e, portanto criando
sistemas capazes de acrescentar informações e objetos ao mundo real. A
convergência destas tecnologias desponta como método para auxiliar o processo de
desenvolvimento de produtos como ferramenta de cad. É abordada a realidade
mista, mais detalhadamente a realidade aumentada, os usos atuais para esta
tecnologia e a suas possibilidades quando utilizada para o processo de P.D. Este
trabalho é uma pesquisa exploratória no sentido de demonstrar o que atualmente há
em se tratando de sistemas de desenvolvimento de produto utilizando a tecnologia
de Realidade Aumentada.
Palavras Chave: Realidade Aumentada, Realidade Virtual, Desenvolvimento de
Produto, CAD.

ABSTRACT ii
The inovations on the fields of tecnologies envolving the use of computer created
objects, give new life to the use of new concepts of product development. The
evolution of processing power of today’s computers and better representation,
organization and visualization of data give new structures capable of exploring the
reality, augmenting it end then creating systems that can add information and objects
to the real world. The convergence of these technologies acts as a new method to
help the process of product development as a cad tool. It is studied the mixed reality,
more detailed then augmented reality, its uses and possibilities when used to the
process of R&D. This work is an exploratory research in the sense of showing what is
being done nowadays regarding augmented-reality systems for product development.
Key Words: Augmented Reality, Virtual Reality, Product Development, CAD.

SUMÁRIO iii
Resumo i
Abstract ii
Lista de Figuras iv
Lista de Abreviaturas v
Capítulo 1 – Introdução
1.1 Motivações 1
1.2 Contexto do Trabalho 2
1.3 Objetivos do Trabalho 3
1.4 Organização do Trabalho 4
1.5 Metodologia 5
Capítulo 2 – Realidade Mista
2.1 Definições 6
2.1.1 Distinções entre o Real e Virtual: Definições 8
2.2 Interfaces entre o Mundo Real e o Mundo Virtual 10
2.2.1 Extensão do Conhecimento do Mundo 10
2.2.2 Fidelidade de Reprodução 12
2.2.3 Extensão da Metáfora de Presença 13
CAPÍTULO 3 – Realidade Aumentada

3.1 Definições 15
3.2 Aplicações de Realidade Aumentada 17
3.2.1 Medicina 17
3.2.2 Entretenimento 18
3.2.3 Robótica 20
3.2.4 Visualização e explicação 20
3.2.5 Marketing 21
3.2.6 Esportes 22
3.2.7 Manutenção 23
3.3 Sistemas de RA
3.3.1 Sistemas de Aumento 24
3.3.2 Sistemas de HMD – Óticos 24
3.3.4 Sistemas de RA por Vídeo 25
CAPÍTULO 4- Realidade Aumentada e Desenvolvimento de Produto
4.1 Definições de CAD 27
4.1.2 Ferramentas de CAD 28
4.2 Aplicações 29
4.3 Técnicas e Sistemas 30
4.3.1 Planejamento Urbano 32
4.4 D’Fusion 36

CAPÍTULO 5 – Arquitetura de um Sistema de CAD Utilizando RA
5.1 Arquitetura e conceitos 39
5.2 Estrutura do software 41
5.2.1 Requisitos 42
5.2.2 Tecnologia 43
5.2.3 Bibliotecas 43
5.2.3.1 DirectX 43
5.2.3.2 OpenGL 43
5.3 Funcionalidades 44
5.4 Implementação 44
5.5 Protótipo Implementado 47
5.6 Limitações e Aplicações 48
CAPÍTULO 6 – Conclusões
6.1 Resultados Obtidos 49
6.2 Perspectivas Futuras 50
6.3 Entraves 50
6.3.1 Problema de Oclusão e Registro 51
6.3.2 Poder Computacional 52
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 54

Anexos
Anexo A – ARToolkit 62
Anexo B – Linguagem VRML 67

Lista de Figuras iv
Figura 1 - Contínuo virtual 7
Figura 2 - Extensão do Conhecimento do Mundo 11
Figura 3 - Fidelidade de Reprodução 12
Figura 4 - Extensão da Metáfora de Presença 13
Figura 5 - Detalhe do aumento da perspectiva de visão 18
Figura 6 - Usuário jogando Arquake 19
Figura 7 - Linhas Virtuais traçando uma rota imaginária 20
Figura 8 - Trajetória Aumentada da rota a ser seguida 21
Figura 9 - Exemplo uma animação inserida em Tempo Real 21
Figura 10 - Cronômetro Virtual 22
Figura 11 - Linha Virtual mostrando detalhes da jogada 23
Figura 12 - Linha em 3D detalhando um ponto 23
Figura 13 - Diagrama Conceitual de um HMD ótico 25
Figura 14 - Diagrama Conceitual de um HMD por vídeo 25
Figura 15 - Exemplo de desenho no AutoCAD 28
Figura 16 - Exemplo de projeto no Microstation 29
Figura 17 - Metadesk 30
Figura 18 - Sistema ARTHUR 31
Figura 19 - Software com menus cad 32
Figura 20 - Planejamento urbano 33
Figura 21 - Recriação de estruturas 34
Figura 22 - Demonstração de como remover a bandeja de uma impressora 35

Figura 23 - Demonstração do protótipo de conexão dos condutores 36
Figura 24 - D’fusion em demonstração 37
Figura 25 - Arquitetura de Um Sistema de CAD Utilizando RA 39
Figura 26 - Catia V4 Release 24 41
Figura 27 - Exemplo – Arquitetura. Design de Construções 45
Figura 28 - Exemplo de padrão para captura 45
Figura 29 - Renderização de objeto 46
Figura 30 - Alinhamento do marcador com objeto 47
Figura 31 - Casa renderizada junto ao marcador 48

LISTA DE ABREVIATURAS v
CAD - Computer Aided Design
CAM - Computer Aided Manufacturing
HMD - Head Mounted Display
HTML - Hypertext Markup Language
HTTP - Hypertext Transfer Protocol
ISO - International Organization for Standardization
RV - Realidade Virtual
RA – Realidade Aumentada
SRV - Sistema de Realidade Virtual
SRA – Sistema de Realidade Aumentada
VRML - Virtual Reality Modeling Language
RM – Realidade Mista
SRA – Sistema de Realidade Aumentada
PD – Product Development – Desenvolvimento de Produto.
WOW - Window on the world – Janela para o Mundo
PC – Personal Computer

1
CAPÍTULO 1: INTRODUÇÃO
Há neste capítulo as motivações gerais deste trabalho, seu contexto, sua organização e seus
objetivos.
1.1 Definições
A utilização de tecnologias computacionais em diversas atividades tornou-se ampla
com a popularização de dispositivos com capacidades de processamento elevadas.
Verifica-se também seu uso em atividades diárias, desenvolvendo aplicações cada
vez mais complexas. Novas interfaces são definidas, e a capacidade menos rígida e
mais fluente de manipulá-las tem permitido maior e melhor interação homem-
máquina. Interface é a forma como os seres humanos e os recursos computacionais
podem se comunicar.
Com o avanço tecnológico, o foco de atenção passa a ser o desenvolvimento de
interfaces que integrem múltiplas modalidades perceptuais (como visão, som, fala,
controle de manipulação), disponibilizam ricos conteúdos de apresentação da
informação e forma natural de interação (DAIANESE et all, 2005).

2
1.2 Contexto do Trabalho
O desenvolvimento de aplicações que criam a ampliação de possibilidades, trazendo
programas e dispositivos de comunicação onde há a necessidade do
desenvolvimento e ampliação das possibilidades de interação em ambientes virtuais
(DOMINGUES, 2005).
Atualmente a busca por um ambiente geométrico tridimensional vem trazendo
grandes avanços científicos. Existe uma necessidade crescente da ciência pela
busca de um Ambiente Virtual totalmente imersivo, especialmente quando o mesmo
permite uma interação, ou seja, a manipulação dos dados por um usuário de forma
que o mesmo possa manipular grandes quantidades de dados, permitindo assim
uma maior compreensão de dados espaciais, com indiscutível eficiência (RAPOSO
et all, 2005).

3
1.3 Objetivos do Trabalho
É tratado neste trabalho as tecnologias de ambientes virtuais e que permitem uma
visão de objetos que serão inseridos em contextos de ambientes reais.
Há as ferramentas para desenvolvimento de produtos, estudados e abordados no
capítulo 4. Serão relacionadas algumas ferramentas para desenvolvimento de
ambientes de RA, também abordada a utilização da api ARTOOKIT para o
desenvolvimento de sistemas de RA.
O trabalho enfoca a contextualização e explicação sobre a Realidade Aumentada e
busca por uma definição comum sobre o tema.

4
1.4 Organização do Trabalho
Neste trabalho são definidos os princípios necessários para que estas aplicações
funcionem, os capítulos 2, 3 tratam sobre Realidade Mista, Realidade Virtual e
Realidade Aumentada definem os conceitos básicos aplicados no capítulo 4 :
RA e Desenvolvimento de Produto.
É apresentado um protótipo e uma arquitetura simples para a utilização de um SRA
no capítulo 6 com suas conclusões pertinentes relatadas no capítulo 6.
Anexo temos definições sobre 2 tecnologias largamente utilizadas neste trabalho . A
api ARtoolkit e os arquivos com tecnologia vrml.

5
1.5 Metodologia Aplicada
A metodologia aplicada neste trabalho abrange a busca por material de referência,
começando pelo trabalho de Milgram e Kishino (1994) e Wellner (1993). Este
material dá alicerce para pesquisa e entendimento das aplicações criadas com a
tecnologia de RA. O estudo de sistemas de RA propostos por diversas entidades
que estão utilizando a tecnologia e implementando-a de diversas formas também é
visto.
O trabalho busca mostrar a plausibilidade de um sistema de realidade aumentada
utilizando uma api: o artoolkit, este que proporciona base para um estudo mais
detalhado sobre as possibilidades desta tecnologia.
São discutidos em visão macro os temas de realidade mista e sua derivação
realidade aumentada. Após o estudo deste macrocosmo é estudado um pequeno
microcosmo dentro de RA que engloba as possibilidades desta tecnologia como
ferramenta de cad.

6
CAPÍTULO 2: REALIDADE MISTA
Neste capítulo baseado grande parte no trabalho de Milgram (1991, 1993) e Milgram e
Kishino (1994), há as distinções entre mundos reais e virtuais, suas interfaces de
comunicação e suas implicações.
2.1 Definições.
Convencionalmente a realidade virtual é definida como um ambiente de realidade
virtual é um ambiente no qual o participante/observador está em completa imersão e,
portanto é capaz de interagir com um mundo completamente sintético. Este mundo
pode ou não imitar as propriedades de um mundo real, entretanto pode também
exceder os limites da realidade física criando um mundo onde as leis da física não
se aplicam. Importante verificar nesta visão, entretanto, é que o rótulo de Realidade
Virtual também é associado com uma variedade de outros ambientes aos quais a
imersão total do observador não é totalmente necessária, mas que fica em algum
ponto no “contínuo virtual” ( Milgram; Kishino, 1994). As tecnologias de Realidade
Virtual, que envolvem a fusão dos mundos reais e visuais são genericamente
referidas como Realidade Mista.

7
Figura 1 contínuo virtual (MILGRAM; KISHINO, 1994)
O conceito de contínuo virtual é relacionado à fusão de classes de objetos
apresentados em qualquer particular situação, onde ambientes reais são colocados
no final do continuo e ambientes virtuais no extremo oposto.
No último caso temos ambientes consistindo somente de objetos reais, e são
exemplos desses ambientes quaisquer imagens capturadas ou vistas em
diretamente do mundo real.
No outro caso há objetos que são totalmente virtuais, como no caso de jogos e
simulações.
A Realidade Mista está entre estes extremos onde em determinado “display” há
imagens tanto de ambientes reais quanto de ambientes virtuais, ou seja, em
qualquer ponto do continuo entre os extremos.
Neste trabalho nos concentraremos na utilização de dispositivos de visualização
classe um definidos por Milgram e Kishino (1994) como Displays baseados em
monitor ( não – imersivos ) que apresentam uma janela para o mundo WOW onde
as imagens geradas por computador e as imagens capturadas eletronicamente são
fundidas constituindo a interface de comunicação.

8
Segundo Milgram e Kishino (1994) a utilização desta classe de dispositivos de
visualização para realidade aumentada é coerente, pois descreve a essência de
melhoria ou aumento gráfico através de computadores em imagens capturadas por
dispositivos eletrônicos do mundo real.
Adicionalmente há ainda outras classes onde os ambientes aumentados por
computador são desenvolvidos de tal forma que a informação capturada do mundo
real é utilizada para modificar a interação do usuário para com o mundo gerado pelo
computador.(WELLNER, 1993).
Em se tratando do ponto de perspectiva do observador em relação ao mundo que
está sendo visualizado, a classe de displays 1, abordada neste trabalho é baseada
em janelas para o mundo real.
2.1.1 Distinções entre o Real e Virtual: Definições
Entre os extremos do contínuo virtual estão objetos que são puramente virtuais ou
objetos do mundo real. Entretanto é necessária uma definição clara referente aos
conceitos de real e virtual.
Em primeira análise, a distinção entre objetos virtuais e reais em determinado
display não parece difícil de ser notada, entretanto algumas diferenças na
interpretação dos dois termos (real e virtual) se tornam necessárias.
Em muitos ambientes mistos, simples análises podem não ser suficientes. Exemplos
de conceitos que a princípio podem ser confusas podem ser tais como determinada
cena de um objeto demonstrada através de imagens escaneadas deve ser

9
considerada imagem virtual ou real, se um objeto real deve ter uma aparência
realista enquanto um virtual não necessita.
Para Milgram e Kishino (1994) objetos reais são quaisquer objetos que têm uma
existência comprovada.
Considerando que objetos virtuais são objetos que existem em essência ou efeito,
mas não têm existência formal comprovada, portanto necessitam ser simulados e
sintetizados através de algum tipo de display.
Contudo Milgram e Kishino (1994) apresentam a possibilidade de objetos reais
serem capturados por qualquer tipo de sistema de captura de imagem e então
reconstruídos por qualquer meio disponível, seja análogo ou digital. Objetos virtuais,
contudo por definição não podem ser capturados diretamente e, portanto somente
sintetizados. Essa distinção de capacidade de captura/não captura não define a real
existência do objeto em si, já que objetos virtuais extremamente detalhados podem
enganar o observador pelo fato se fundirem muito bem com o mundo real.
De acordo com o senso convencional de VR, isto é, da existência de ambientes
virtuais imersivos, algumas diferenças na interpretação dos termos não são críticas,
desde que a noção básica de que um mundo virtual é sintético, criado por
computador e dá a impressão ao participante de que este mesmo mundo não é
artificial e sim real e que o participante está realmente presente neste mundo.
Em se tratando de ambientes mistos, entretanto, é considerada imagem virtual de
um objeto uma imagem transparente, isto é, que não se sobrepõe ao objeto
localizado atrás deste objeto.

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2.2 Interfaces entre o Mundo Real e o Mundo Virtual.
Para mostrar as interfaces entre os objetos que estão nos extremos do contínuo
virtual temos que responder às seguintes perguntas:
• Quanto nós sabemos sobre o mundo visualizado?
• Quão realístico nós somos capazes de mostrá-lo?
Qual é a dimensão da ilusão do observador da cena dentro deste mundo?
As dimensões necessárias para o entendimento incluem: Extensão do
Conhecimento do Mundo, Fidelidade de Reprodução e Extensão da Metáfora de
Presença.
2.2.1 Extensão do Conhecimento do Mundo
Extensão do Conhecimento do Mundo. A importância desta dimensão não se dá
pela quantidade de objetos presentes em determinada cena. E sim pela distinção
entre o que sabemos sobre o mundo mostrado em determinada cena.
O princípio fundamental nesta dimensão é a quantidade de conhecimento que o
computador têm sobre os objetos e os lugares dentro dos dois mundos mostrados.
Esta dimensão determina muita das capacidades operacionais do display em
determinada cena.

11
Figura 2. Extensão do Conhecimento do Mundo (MILGRAM; KISHINO, 1994)
Em um extremo (esquerda) desta dimensão nós temos um mundo visualizado que é
completamente desconhecido. Temos tanto imagens de objetos que foram
escaneados e sintetizados para serem vistos através de um display qualquer quanto
imagens vistas diretamente. No último caso, mesmo que esta imagem seja mostrada
por um computador, não há informação sobre o conteúdo desta imagem. Na outra
ponta temos as condições necessárias que definem a visualização de imagens
convencionais de realidade virtual, ou seja, que somente podem ser criadas pelo
computador, pois este sabe a localização e ponto de vista do observador. A parte
interessante do contínuo da dimensão da extensão de conhecimento do mundo é a
porção que cobre todos os casos entre esses extremos, e a extensão a qual os
objetos reais e virtuais serão mesclados em um mesmo display depende da
extensão de conhecimento deste mundo em particular.
Esta ação explicitamente comunica ao computador que há algo de interesse em tal
coordenada {x,y} na imagem, mas não provê informação sobre o quê este lugar
significa.
O quê na figura 2 refere-se a casos que incluem controle via software sobre o
conhecimento dos objetos na imagem, mas não a idéia de onde eles estão. Isto
pode ser ilustrado por um simples programa de AR que procura por um padrão em
uma imagem e o encontra, mas para realmente mostrar o objeto com escala,

12
posição corretamente o computador deve saber onde exatamente o objeto real está
localizado.
2.2.2 Fidelidade de Reprodução
As próximas dimensões lidam com o problema de realismo em displays de
Realidade Mista.
A taxonomia proposta por Sheridan (1992) e Robinnet (1992), por exemplo, focam
na sensação de presença como objetivo máximo. Os dispositivos de visualização de
Classe 1 (Milgram; Kishino 1994) não necessariamente criam uma imersão completa
a ponto do usuário se sentir “dentro” do ambiente virtual.
Figura 3. Fidelidade de Reprodução (MILGRAM; KISHINO, 1994)
Os elementos principais da dimensão de fidelidade de reprodução estão
demonstrados na figura 3 acima. O termo Fidelidade de reprodução refere-se à
qualidade com a qual o display é capaz de reproduzir as cenas de um mundo real ou
virtual.
O importante a entender é que esta dimensão é pertinente a ambos objetos reais e
virtuais. A razão para isso é que a forma de se sintetizar imagens capturadas de um

13
mundo real e imagens criadas por computador são muito distintas. A progressão
apresentada na figura 3 mostra como a evolução do hardware utilizado permite uma
evolução muito grande nesta dimensão. A qualidade da imagem sintetizada é
proporcional a quão evoluído o hardware é e isso é mostrado facilmente pela
quantidade de técnicas que necessitam alto poder de processamento e são capazes
de produzir objetos de alta qualidade e fidelidade.
De um lado do contínuo temos os displays e hardware mais simples capazes de
capturar de forma satisfatória os objetos e no outro extremo temos o display de
vídeo ideal caracterizado por alta resolução de imagem, fotorealismo e capacidade
para animação em 3D.
Esta dimensão é importante, pois se a qualidade de um display real e virtual forem
máximas, não existiria método para se qualificar e para um humano distinguir o que
é real do que é virtual.
2.2.3 Extensão da Metáfora de Presença
Esta dimensão lida com a extensão de quanto o observador deve se sentir presente
dentro de uma cena mostrada.
Figura 4.Extensão da Metáfora de Presença (MILGRAM; KISHINO, 1994)

14
Nesta dimensão os casos vão desde visualização de dois mundos distintos até o
outro extremo onde estes mundos estão fundidos e não é possível distinguir se a
cena de uma cena visualizada diretamente.
A sensação resultante desta dimensão deve ser uma metáfora muito convincente de
presença em um determinado display. Para que isto seja realizado a posição da
cabeça do observador deve ser rastreada. É necessária a presença de
suficientemente rápidos e precisos sistemas de vídeo onde o sistema é capaz de
interpolar imagens em uma velocidade suficiente para criar a ilusão de presença.
O uso de HMD’s ou displays de vista panorâmica permitem que o observador olhe
através da cena baseado em uma metáfora de estar dentro da cena. Os HMD’s são
mais indicados por não restringir o campo de vista como acontece em um display
panorâmico.

15
CAPÍTULO 3: REALIDADE AUMENTADA
Este capítulo trata de definir o conceito de Realidade Aumentada, suas aplicações,
implicações, sistemas e tecnologias envolvidas.
3.1 Definições
Wellner (1994) define a complexidade do mundo em que nos encontramos e a
quantidade de objetos e especialmente a capacidade de interação do ser humano
com o mundo, com todas essas informações faz uma analogia com o mundo virtual,
que no seu conceito é uma visão do futuro que captura nossa imaginação, o qual
também podemos chamar de ambiente computacional, ainda definiu que uma nova
possibilidade poderia emergir que seria o aumento do ambiente computacional com
objetos do mundo real, assim poderíamos recriar objetos com propriedades
eletrônicas sem que os mesmos percam sua integridade física, assim não haveria a
necessidade de substituí-los, realçando assim nossas atividades diárias.
A Realidade Aumentada é definida na Literatura (AZUMA, 1997) como uma área de
investigação, que pretende desenvolver novos mundos ou novas realidades, que
incorporem cenas do mundo real vista pelo usuário com objetos do mundo ou
ambiente virtual, isso é claro em tempo real.
Entretanto devido à adaptabilidade do termo, hoje o mesmo está sendo utilizado
para representar qualquer tipo de realidade onde o ambiente real disponha
informações do Ambiente Virtual, ainda existem os preocupados com a Semântica
mais comum aceita, que ainda optam por uma nova divisão dentro de tal contexto,
denominada “Realidade Melhorada”, o nosso trabalho porém não fará distinção
enfocando apenas a definição mais comum aceita.

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A Realidade Aumentada pode ser definida como a extensão do mundo real com
objetos do mundo virtual, assim o mesmo espaço cria a idéia de coexistência
(AZUMA, 1997), ainda dentro desse contexto abrange a combinação de objetos do
mundo real com objetos do mundo virtual em tempo real de interatividade, ocorrendo
assim uma fusão de dados em que os mesmos possuam um processo matemático e
físico o mais próximo da realidade possível.
O termo “Realidade mista” hoje ainda não se encontra em uso comum, um dos
termos que está relacionado nesse contexto “Realidade Aumentada”
está começando a aparecer uma regularidade mais freqüente(AZUMA, 2001),
dispomos hoje desse termo para associar o aumento do mundo Real com a fusão de
dados de um ambiente virtual (processamento gráfico).
Sabemos que Realidade Virtual e Realidade Aumentada são degraus dentro desse
contexto, podendo ser definidas como vertentes dentro de uma escala (MILGRAM,
1994), distintas , mas com aspectos semelhantes ambas buscam um objetivo
comum, a imersão do usuário, a Realidade Aumentada busca isso de uma maneira
que incorpore objetos do Ambiente Virtual, essa imersão ocorre de uma forma que
não se perca o contato com a Realidade, assim ocorrendo a fusão de dados do
ambiente Real com o Virtual, adicionando assim mais informação ao ambiente
(MILGRAM; KISHINO) 1994, em contrapartida com a Realidade Virtual que prima
pela imersão completa.
A RA deve conter as seguintes propriedades(AZUMA, 2001):
- Combinar o Ambiente Real com objetos do Ambiente Virtual em um ambiente
Real
- Ser executada interativamente em tempo real

17
- Registrar ou alinhar objetos reais e virtuais entre si
3.2 Aplicações da Realidade Aumentada
Como o foco de nosso trabalho é “Aplicações de realidade aumentada como
ferramenta de desenvolvimento de produto”, iremos citar algumas possíveis
aplicações, as possibilidades são inúmeras, dentre as quais podemos citar a área
médica como um dos beneficiados com essa tecnologia, a área de entretenimento
também encontra grandes possibilidades, isso sem contar outras áreas como a
Robótica, Visualização e Explicação, a área Militar também se beneficia (AZUMA,
2001) e até mesmo na área da Educação.
3.2.1 Medicina
Os benefícios que a área médica poderia encontrar com essa tecnologia são
inúmeros, quando utilizamos imagens de maneira eficiente sempre encontramos
aplicabilidade para a medicina, por esse motivo poderíamos explicar as inúmeras
pesquisas sobre RA para essa área, o fato é que a maioria dos dados médicos são
obtidos através de imagens, sejam estas uma simples radiografia até uma
ressonância magnética ou uma tomografia computadorizada, é através dessas
imagens que uma cirurgia é desenvolvida e de onde provem a maior parte da
informação(AZUMA, 2001).

18
Figura 5. Detalhe do aumento da perspectiva de visão (NIKISHIKOV,2003?)
Como a tecnologia de RA provem imagens em tempo real, os médicos poderiam
utilizar essa tecnologia de maneira que a mesma obtenha os dados necessários
para uma cirurgia como exemplo ou no treinamento da mesma, utilizando da RA
como um “Dispositivo automático de entrada”, onde os dados são coletados e
transmitidos para o médico em 3D (terceira dimensão) e como já citado em tempo
real, a RA poderia fornecer uma vista interna,(AZUMA, 2001) isso se refletiria no fato
do aumento da informação médica possibilitando incisões menores no paciente, pois
a imagem poderia mostrar em detalhes onde executar a operação.
3.2.2 Entretenimento
No campo do entretimento a RA encontra um terreno fértil e de infindáveis
possibilidades, podendo encontrar um único obstáculo que seria a imaginação do
desenvolvedor, o limite de possibilidades ao se fundir o Real com o Virtual é
praticamente inexistente, ao trazer mais informação para a realidade poderíamos
recriar mundos imaginários em tempo real com a interação do usuário, sem que o
mesmo perca o contato com a realidade(AZUMA, 2001).

19
Atualmente estão em desenvolvimento inúmeros projetos de games, aqui iremos
citar um desses projetos o game ARquake (PIEKARSK; THOMAS 2002),o jogo
Quake é um clássico dos games de computador, o objetivo de ARquake é de recriar
o game só que dessa vez ao invés de um ambiente Virtual onde o jogador atira em
monstros dentro de um labirinto, o jogo é desenvolvido em um ambiente de RA,
onde o jogador sai pelas ruas atirando em monstros imaginários.
Figura 6. Usuário jogando Arquake (PIEKARSK; THOMAS, 2002)
O jogo é desenvolvido em um ambiente real, dando a capacidade para o usuário
mover-se livremente, com a vista determinada unicamente pela posição da cabeça
do usuário, o objetivo é que o usuário interaja de maneira natural, podendo visualizar
os monstros em suas posições naturais e também utilizando um injetor plástico,
simulando assim os tiros nos monstros(PIEKARSK; THOMAS, 2002).
3.2.3 Robótica
Controlar a trajetória de um Robô é uma tarefa até certo ponto complexa, uma vez
programado um plano de ação do Robô, o mesmo executará seu plano com

20
precisão mecânica. Através da RA poderíamos traçar um plano de ação do
Robô(AZUMA,1997), em vez de controlar o Robô diretamente, poderia ser preferível
controlar uma versão virtual do Robô, isso em tempo real de execução.
Figura 7. Linhas Virtuais traçando uma rota imaginária (MILGRAM, 1994)
3.2.4 Visualização e explicação
Uma aplicação interessante em RA é a possibilidade de se colocar pequenas notas
em ambientes e em determinados objetos, isso pode ser utilizado de maneira a criar
um ambiente aumentado onde o usuário possa saber a sua localização em um
determinado ambiente.
Um exemplo disso seria uma aplicação SignPost, a qual ajudaria um pedestre a
caminhar pela cidade(AZUMA,1997), a aplicação funcionaria de uma maneira
simples, através de pontos de anotação, inseridos dentro de uma imagem de um
ambiente real, seria possível inserir imagens aumentando o ambiente e mostrando
um trajeto que o mesmo poderia seguir, isso poderia ser utilizado para sinalizar um
trajeto marítimo.

21
Figura 8. Trajetória Aumentada da rota a ser seguida (PIEKARSKI; THOMAS 2004)
3.2.5 Marketing
Muitas das aplicações de Realidade Aumentada podem ser vistas no cotidiano, já é
comum sua utilização para o Marketing hoje em dia), (GRANADO; ABREU, 2004)
seu funcionamento é simples, no cotidiano quando acrescentamos novas imagens
ao ambiente real podemos utilizá-las para uma propaganda por exemplo.
Quando estamos assistindo aos jogos de futebol, de repente aparece uma imagem
de uma propaganda, isso é um típico exemplo de Realidade Aumentada.
Figura 9. Exemplo uma animação inserida em Tempo Real (SBPC/LABJOR, 2002)

22
3.2.6 Esportes
Também é comum a utilização da Realidade Aumentada nos esportes, os recentes
avanços na área da Realidade Aumentada, apontam esse tipo de aplicação com
inúmeras possibilidades(AZUMA et all, 2002)], um exemplo típico é o cronômetro
virtual utilizado pra marca o tempo corrente em uma partida de futebol, o cronômetro
virtual é uma informação inserida dentro de um contexto real.
Figura 10. Cronômetro Virtual marcando o tempo no momento do gol da França na
partida contra o Brasil (Copa da Alemanha - 2006)
Uma aplicação para o esporte é a possibilidade de verificarmos em tempo real,
informações difíceis de serem captadas pelos nossos sentidos(AZUMA, 2001),
informações que podem causar conflito ou mesmo verificar lances polêmicos em
jogadas de esportes variados.

23
Figura 11. Linha Virtual mostrando detalhes da jogada. (VIPTEK, 2006)
3.2.7 Manutenção
Essa é uma outra aplicação que vem sendo estudada, ao invés do responsável pela
manutenção ter que perder horas lendo um manual, com inúmeras figuras, poderia
ser elaborado um processo com a inserção de imagens sobrepostas, estas
indicariam onde e como o processo poderia ser efetuado(AZUMA et all, 2002).
A Tecnologia poderia fornecer também dados detalhados dos defeitos encontrados,
de modo que o mesmo seja mostrado com a inserção de objetos gráficos em 3D
(AZUMA et all, 2002).
Figura 12. Linha em 3D detalhando um ponto ( ROCKWELL, 2003)

24
3.3 Sistemas de RA
Basicamente existem duas formas de se obter um aumento no ambiente real,
tecnologias óticas e de vídeos(AZUMA, 1997), vamos procurar explicar cada uma
das tecnologias, a maneira como cada uma delas opera a fusão de um ambiente
real com o ambiente virtual.
3.3.1 Sistemas de Aumento
Além de adicionar objetos do Mundo Virtual ao Mundo Real, a Realidade Aumentada
pode ser utilizada para retirar objetos do Mundo Real em um cena (AZUMA, 1997),
removendo ou ocultando objetos do Mundo Real. A Realidade Aumentada poderia
ser entendida a todos os sentidos, podendo a mesma ser estendida também aos
sons, uma de suas possibilidades futuras de aplicação, de forma que os sistemas
detectassem também o som do ambiente(AZUMA, 1997).
3.3.2 Sistemas de HMD – Óticos
Através de sistemas de HMD é possível obter a fusão de mundos virtuais ao mundo
real (AZUMA, 1995). O sistema consiste em um óculos, esse óculos permite além do
usuário ver o ambiente real, que o mesmo exiba imagens do ambiente virtual.As
duas maneiras principais de que a mistura seja realizada é através de tecnologias
óticas ou tecnologias de vídeo.
A composição do sistema é dividida duas partes, a primeira é um gerador de cena, o
qual além de receber todos os dados também executa todos os cálculos

25
necessários, dessa forma as imagens virtuais são geradas e enviadas aos monitores
dos óculos que efetuarão a sobreposição das imagens ao ambiente real (AZUMA,
1995).
Figura 13. Diagrama Conceitual de um HMD ótico (AZUMA, 1995).
3.3.4 Sistemas de RA por Vídeo
Com uma grande semelhança ao Sistema de RA ótico, entretanto a diferença
consiste em que o Ambiente Real é capturado por uma câmera de vídeo, (AZUMA,
1995) como uma webcam por exemplo, a câmera capta toda a cena do mundo real
e transmite para o vídeo onde são inseridos objetos do mundo virtual.
Figura 14. Diagrama Conceitual de um HMD por vídeo (AZUMA, 1995).

26
Entretanto a composição por vídeo por ser efetuada de diferentes maneiras, como o
ajuste por uma cor específica, por exemplo a cor amarela definiria o aumento do
ambiente fundindo imagens do mundo virtual quando a mesma fosse encontrada, ou
até mesmo, pixel por pixel definindo a forma do objeto que será aumentado(AZUMA,
1995).

27
CAPÍTULO 4: RA EM FERRAMENTAS DE CAD.
Utilização de técnicas de realidade aumentada para criação de
ferramentas de CAD.
Este capítulo mostra um leque de possibilidades onde a tecnologia de Realidade Aumentada
pode ser utilizada para auxiliar o processo de desenvolvimento de produto.
4.1 DEFINIÇÃO CAD
Computer Aided Design (CAD) é o corpo de algoritmos e também um dispositivo de
entrada para que o designer possa ser auxiliado no desenvolvimento de um projeto,
as tarefas tais devem ser executadas dentro de um padrão, sintetizando CAD pode
ser definido como um projeto auxiliado por computador (Horstmann; Stabler, 1984).
A primeira maneira de se representar um projeto era através de croquis que
denotavam perspectivas em 3D, em torno do ano de 1975 o primeiro sistema de
CAD 3D foi implantado, ele podia ligar as linhas entre os pontos (wireframe), com a
evolução surgiram os sistemas de CAD com modelagem de superfície, podendo
representar vários tipos de superfície, como tal conceito ainda não era suficiente
para representar o modelo da superfície de maneira ambígua posteriormente surgiu
o conceito de modelagem sólida, esse oferecia inúmeras vantagens sobre os
conceitos anteriores (KERRY; HAROLD, 1997) .
A ferramenta CAD é utilizada para desenhar componentes mecânicos, eletrônicos,
redes de telefonia e até mesmo redes de computadores, na verdade no CAD não
temos um desenho e sim um modelo matemático que da maneira mais fiel possível
representa o objeto, CAD é uma aplicação da CGI ( Computação Gráfica Interativa )
(BOGADO, 1997).

28
4.1.2 Ferramentas de CAD
Um exemplo de ferramenta de CAD é o AutoCAD da empresa Autodesk, esta é uma
ferramenta utilizada para a criação de projetos, pode ser utilizada também pra
desenho de componentes mecânicos ou eletrônicos, o AutoCad oferece é uma ótima
o gerenciamento e documentação de um projeto, podendo se criar rapidamente
modelos e estruturas (Autodesk, 2006 ) conforme demonstra a figura 15 abaixo.
Figura 15. Exemplo de desenho no AutoCAD
Outro exemplo de ferramenta de CAD é o Microstation da Bentley Systems
Incorporated, o Software utiliza o formato DGN que é o mais utilizado no mundo para
cartografia, conforme demonstra a figura 16 .

29
Figura 16. Exemplo de projeto no Microstation
Ferramentas de CAD são utilizadas para o desenvolvimento de projetos auxiliados
por computador, utilizando-se de algoritmos e cálculos matemáticos de precisão
representam superfícies e objetos em ambientes 2D ou 3D.
4.2 Aplicações
Sendo RA um campo de pesquisa consideravelmente novo, ainda é difícil entre o
meio científico um consenso sobre suas técnicas, por isso há diferenças na literatura
técnica.

30
4.3 Técnicas e Sistemas.
BROLL et all (2005), mostra que nossa compreensão de usar e da interagir com os
computadores está sendo redefinida e está começando a afetar nosso trabalho
diário, também menciona técnicas para interação baseada em agentes, interações
de controle virtuais e de controle físicas.
Ainda, este tipo de interação espacial é baseado na manipulação de algumas
propriedades espaciais de objetos físicos. Esse tipo de interação é tipicamente
realizada por gestos de apontamentos dinâmicos, utilização de ponteiros e interfaces
de propriedades ao alcance do usuário. Um de seus pontos fortes é a facilidade para
interação com o usuário de sistema devido a sua interface intuitiva.
Figura 17. Metadesk (ULLMER; ISHI, 1997)
Um exemplo de interface intuitiva é o sistema metaDESK (ULLMER; ISHI, 1997) ,
ilustrada na Figura 17 que é um sistema gráfico dirigido pela interação com objetos
físicos. O sistema é composto por uma mesa, com uma superfície em que pode

31
projetar algo, também composto por lentes passivas e ativas, apresenta uma
variedade de objetos e de instrumentos físicos que são usados sobre a superfície da
mesa. Ainda estes componentes são detectados por uma disposição de sensores do
campo ótico, mecânico, e eletromagnético, essa pesquisa com o sistema do
metaDESK focaliza o uso de objetos tangíveis , ou seja, as entidades físicas reais
que podem ser tocadas.
Figura 18. Sistema ARTHUR (BROLL et all, 2004).
A interação de controle físico é baseada em ferramentas ou nos painéis de controle
físicos que são estendidos não somente ao exame do controle e sim também aos
objetos virtuais (BROLL et all, 2004), Não há nenhum equivalente à interação de
controle físico dentro de um ambiente de RV.
As técnicas apresentam diferentes vantagens (BROLL et all, 2004). Este tipo de
técnica de interação com o espaço é bastante utilizada para se interagir com objetos
no espaço 3D..

32
O sistema ARTHUR (BROLL et all, 2004) também utiliza este tipo de técnica, que
pode ser definida como um ambiente colaborativo de AR que suporta projetos
arquitetônicos e de urbanismo , conforme Figura.
O sistema de cad pertinente a esta aplicação utiliza técnicas da interação espacial e
técnicas baseadas em comandos para o controle.
Figura 19. Software com menus cad (BROLL et all, 2004) .
4.3.1 Projetos e planejamento urbano.
Os interessados no planejamento urbano como os Arquitetos, membros de
conselhos de cidade responsáveis pelo seu planejamento e demais grupos de
interesse são alguns dos muitos outros tipos de usuários que se beneficiam da RA
para essa finalidade, podendo discutir alternativas à medida que visualizam a cidade
a sua frente. Dentro dessa área tem-se o URP, que é uma relação tangível para o
planejamento urbano (ULLMER, ISHI, 2000), a relação combina uma série de
modelos físicos do edifício e de ferramentas interativas, tem-se também um modelo
um pouco mais simples (BUCHMANN et all, 2004) que possui prédios que podem

33
ser facilmente arrastados e animados. A grande vantagem em usar RA no
planejamento urbano é a sua facilidade de interação e visualização, isso é claro
dentro da visão de cada usuário.
O espaço de trabalho de planejamento urbano foi executado para explorar as
possibilidades do sistema (BUCHMANN et all, 2004). Quatro tipos diferentes de
interação gestuais são executados: agarrar, apontando, gestos nativos e de
comando. A aplicação não utiliza o exame de nenhuma entrada à exceção de uma
única mão. Isto mostra que mesmo a interação simples do gesto fornece para a
entrada muito versátil, bastando para isso apenas pegar e arrastar os prédios como
se os mesmos fossem simples caixas.
Figura 20. Planejamento urbano (BUCHMANN et all, 2004)
Uma aplicação interessante de RA é o projeto Augmented Reality based Cultural
Heritage On-site Guide (ARCHEOGUIDE) (STRICKER ,2001). O projeto busca a
imersão completa do usuário em experiências históricas da humanidade, assim
ocorrendo uma total interação com a cena que mistura objetos do mundo real e
virtual, dessa forma ocorre um maior processo com o intuito de absorver com mais

34
qualidade informações culturais, o sistema foi baseado em um modelo distribuído de
usuário / cliente.
Figura 21. Recriação de estruturas (STRICKER ,2001).
Um técnico realizando a manutenção de algum aparelho de alta complexidade pode
ser beneficiado com a utilização de RA (AZUMA, 1997). Imagine a possibilidade de
que um processo de treinamento com longos e extensivos manuais de operação de
um sistema fosse substituído pela adição de informação virtual sobre o equipamento
real, isso tornaria o processo de treinamento mais simples e consequentemente até
mesmo a operação do sistema. O intuito é o de facilitar os mecanismos de
montagem e manutenção de aparelhos em geral, bem como o treinamento e
adaptação do usuário na utilização dos mesmos, tornando assim o processo muito
mais intuitivo para o usuário, facilitando o entendimento e a compreensão, diferente
da situação em que o mesmo teria que absorver o conhecimento através de leitura
de manuais e figuras representando o processo .
Diversos projetos de RA de pesquisa demonstraram protótipos nesta área , como os
pesquisadores do grupo Steve Feiner, da Universidade Colúmbia, o grupo construiu
uma aplicação da manutenção da impressora de laser (FEINER et all,1993) , a

35
aplicação demonstra na figura 22 a seguir mostra uma vista externa, o computador
demonstra ao usuário o processo usado para remover a bandeja de papel.
Figura 22. Demonstração de como remover a bandeja de uma impressora.
(FEINER et all, 1993)
Outro exemplo citado por Azuma (1997) é o de uma aplicação que foi desenvolvida
pelo grupo da Boeing (JANIN; DAVID; THOMAS, 1993). O projeto consiste no
desenvolvimento de uma tecnologia de AR para guiar um técnico no processo de
construção de um chicote de fios de fiação, armazenando em formulários parte do
sistema elétrico de um avião, armazenar as informações em formulários reduziria os
custos e também diminuiria os espaços.
Ainda, esse sistema poderia ser estendido a toda maquinaria complicada, citando
como exemplo os motores de um automóvel, o sistema também pode reduzir a
margem de erro e colaborar para o aumento da produtividade ajudando os técnicos
que não dominam o funcionamento específico do equipamento em que se está
trabalhando.

36
Figura 23. Demonstração do protótipo de conexão dos condutores. (JANIN; DAVID;
THOMAS ,1993 )
4.4 D’Fusion
No ano 2000 uma empresa francesa chamada Total Immersion criou um sistema de
realidade aumentada chamado D’Fusion, este software é um avanço incrível nos
campos de RA. Ele envonvia o uso de algoritmos baseados em textura e o próprio
d’fusion é capaz de criar os marcadores através de vídeo em tempo real, utilizando
polígonos para representar objetos, a distância dos objetos para a câmera e a
velocidade de movimento da câmera. Esta avançada tecnologia já é utilizada por
muitas empresas nos campos de marketing, simulações militares, automotivas e
aeroespaciais. Por motivo da tecnologia não precisar de marcadores no mundo real,
a necessidade de equipamento complexo e caro é reduzida.
O D'FUSION é um software desenvolvido para ser utilizado em tempo real, com ele
é possível criar aplicações de realidade aumentada um PC simples, ao mesmo
tempo ele dá suporte para diversas entradas de vídeo, isso tudo com imagens de
alta resolução e desempenho elevado com ótima qualidade., o software é entregue
com todas as ferramentas de calibração para utilização imediata.
Hoje, a Realidade Aumentada já não uma noção abstrata, segundo a TOTAL
IMMERSION, transforma-se um pacote de software estruturado o D'FUSION. Por

37
mais de 5 anos, a TOTAL IMMERSION tem investido em pessoas e na tecnologia
para fornecer uma solução para aplicações de Realidade Aumentada. Desde 2003,
a TOTAL IMMERSION foi financiada por duas empresas globais principais a
Partech International e a Source Gestion, dentre os focos de pesquisa da TOTAL
IMMERSION (TOTAL IMMERSION, 2006) seu objetivo era criar aplicações de
Realidade Aumentada para inúmeros fins, dentre os quais podemos citar:
• Televisão
• Cinema
• Aplicações Militares
• Entretenimento
• Operadores de Telecomunicações
• Manutenção
Este software permite a integração fluída entre objetos virtuais e o mundo real, já é
utilizada por empresas de grande porte tais como:
• CBS News
• France Televisions
• TV Asahi
• Walt Disney
• Futuroscope
• Thomson
• FedEx
• Procter Gamble
• L'Oreal
• SGI

38
• Intel
• Hoover
• Renault
• BMW
• PSA
• General Motors
• EADS
• Duran Duboi
Figura 24. D’fusion em demonstração (TOTAL IMMERSION , 2006)

39
CAPÍTULO 5: ARQUITETURA DE UM SISTEMA DE CAD
UTILIZANDO RA.
Há neste capítulo a arquitetura de um protótipo funcional de um visualizador(viewer) para
projetos de cad utilizando realidade aumentada.
5.1 Arquitetura e conceitos.
Neste capítulo é proposta uma arquitetura um sistema de RA como simples
visualizador de objetos criados por ferramentas de CAD. A utilização deste software
compreende a implementação dos componenetes da Figura.
Figura 25. Arquitetura de Um Sistema de CAD Utilizando Realidade Aumentada.
Descrição das Camadas/Componentes
Usuários:
Nesta camada estão os usuários do sistema, estes podem ser arquitetos, agentes de
marketing, engenheiros, designers entre outros.
Toda a interação do usuário com o sistema é realizada a partir desta camada.O
usuário do sistema visualiza as informações dos outros módulos e interage através
deste módulo.
Interfaces WOW e HMD.

40
Apresenta uma janela para que o usuário possa interagir com o sistema. Esta janela
é responsável por mostrar o resultado das operações realizadas na camada mais
interna aqui representada pela dupla Artoolkit/ D´Fusion. Neste módulo há
visualização através do uso de displays WOW e HMD’s.
Artoolkit/ D’Fusion
São estes componentes que fazem as operações básicas de Realidade Aumentada.
Estas são:
• Captura de vídeo;
• Reconhecimento de Padrão(Artoolkit), Algoritmos de posicionamento e
simulação ( D’Fusion ).
• Renderização de Objetos criados através do módulo de Ferramentas de CAD
( normalmente objetos em VRML ).
Objetos VRML
Esta camada age como biblioteca para a camada anterior provendo os objetos para
serem inseridos no mundo real.
Estes objetos contêm a informação do mundo virtual que serão adicionadas a cena
em tempo real. São criados pelos principais softwares de modelagem 3D como
Studio Maya, 3D studio Max.

41
Ferramentas de CAD
As ferramentas de cad são responsáveis pela criação, design e simulação de objetos
virtuais. Estas ferramentas tais como Catia© da empresa francesa Dassault
Systemes Inc. e Auto Cad da empresa Autodesk Inc., são responsáveis pelo
desenvolvimento propriamente dito dos objetos virtuais. Elas permitem a criação e
utilização de wireframes, objetos sólidos, texturas para a criação e simulação de
objetos e eventos.
Figura 26. Catia V4 Release 24. (DASSAULT SYSTEMES, 2002).
5.2 Estrutura do Software.
Objetivo do Software: Promover a Visualização de objetos virtuais em tempo real,
utilizando-se de objetos previamente desenvolvidos e a possibilidade de modificação
das propriedades destes objetos a partir desta visualização.
Elementos

42
• Visualizador – Teremos os componentes básicos de RA utilizando o Artoolkit
através de uma interface WOW, onde o produto desenvolvido poderá ser
somente visualizado em tempo real.
• Modificador – Onde além da visualização há a possibilidade de alteração de
propriedades dos objetos em tempo de visualização.
5.2.1 Requisitos.
A renderização em tempo real de objetos vrml em desenvolvimento por designers,
engenheiros e outros criadores, e a integração destes objetos criados com o mundo
real.
Um sistema onde um engenheiro ou equipe de desenvolvimento de produto é capaz
de previamente demonstrar um produto integrado ao mundo real.
É utilizado um software qualquer de CAD que tenha capacidade de exportar no
formato VRML, e este sistema de RA será capaz de capturar este objeto, renderizá-
lo alinhado com vídeo capturado em tempo real através de reconhecimento de
padrões e coordenadas no mundo real.
O sistema será focalizado em engenharia civil, portanto o reconhecimento de padrão
se dará sobre plantas arquitetônicas onde o produto previamente gerado via
qualquer software de cad será visualizado em tempo real alinhado com a planta
capturada por vídeo. Estamos utilizando o software 3D Studio Max pela facilidade
deste em exportar arquivos em formato vrml. Este software não é o mais indicado
para simulações dinâmicas, mas para a criação de objetos 3D ele atende bem as
necessidades.

43
5.2.2 Tecnologia:
Teremos a utilização do formato VRML ( vide apêndice B ) pela facilidade de
manuseio neste formato e possibilidade de exportação para este formato estar
presente em inúmeras ferramentas de cad. A utilização do Artoolkit ( descrito em
maiores detalhes no apêndice A ), Visual C++ 6.0, Direct Draw ( componente da api
DirectX da Microsoft ).
5.2.3 Bibliotecas
5.2.3.1 DirectX
O DirectX (MICROSOFT, 2006) foi desenvolvido em 1995 pela Microsoft, e consiste
em um pacote de APIs multimídia que foi desenvolvido em cima do sistema
operacional Windows. Esta API provê um acesso especializado para algumas
características de hardware sem ter que escrever em códigos específicos deste. A
API, também, fornece às aplicações multimídia controle de funções de baixo nível
como, por exemplo, aceleração gráfica 3D e controle de efeitos de som.
5.2.3.1 OpenGL
O OpenGL (Open Graphics Library)(OpenGL, 2006) foi criado em 1992 pela Silicon
Graphics Incorporated, e é um ambiente para o desenvolvimento de aplicações 2D e
3D portáteis e interativas. Esta API foi criada para o desenvolvimento de cenas 3D
complexas a partir de primitivas simples, e é amplamente utilizada em sistemas

44
CDS, realidade virtual, visualização científica e de informação e desenvolvimento de
videogames.
5.3 Funcionalidades:
• Capacidade de importação de arquivos VRML.
• Capacidade de captura de vídeo em tempo real.
• Capacidade de reconhecimento de padrões/ marcadores.
• Capacidade de justaposição entre o vídeo em tempo real e o objeto VRML
importado.
• Capacidade de modificação e criação dos objetos e suas propriedades em
tempo real. Estas propriedades são tamanho, cor, textura.
5.4 Implementação:
Fase 1: Software será capaz de capturar imagem, alinhá-la com o objeto virtual e
mostrá-los no vídeo.
Fase 2: O desenvolvedor será capaz de fazer alterações no objeto em tempo real,
ou seja, terá a capacidade de utilizar ferramentas de cad para alterar propriedades
dos objetos tais como: tamanho, cor, textura.
Descrição do Cenário
Teremos a utilização deste projeto para simular o design de uma construção.
Será criado um objeto através de uma ferramenta de modelagem 3D, 3D Studio
Max, onde este objeto será inserido no mundo real onde o marcador/padrão
representará uma planta arquitetônica.

45
Utilização da Ferramenta 3D Studio Max para criação e desenvolvimento de objetos
vrml.
Figura 27. Exemplo – Arquitetura. Design de Construções.
Funções da biblioteca ARtoolkit para captura de vídeo:
arVideoCapStart();
arVideoCapNext();
Exemplo captura de vídeo usando biblioteca Direct Draw através do Artoolkit
Figura 28. Exemplo de padrão para captura.

46
Código API ARToolkit utilizado para reconhecimento de padrão e coordenadas.
Figura 29. Renderização de objeto
Para testes é utilizado um simples objeto 3D, nesta foto um cubo. Este objeto
renderizado através da biblioteca OpenGl utilizada através do ARToolkit. Onde ele
deverá estar alinhado com o padrão como na figura 30.
Função para renderização do objeto vrml.

47
Figura 30. Alinhamento do marcador com objeto.
As funções para reconhecimento de padrão/marcador são utilizadas à partir da
biblioteca do ARToolkit.
5.5 Protótipo implementado.
O objeto descrito e criado através do 3D Studio Max é inserido no contexto real,
onde ele é alinhado com sua planta arquitetônica representada pelo marcador,
configurando assim um elemento visualizador para o desenvolvidor.

48
Figura 31. Casa renderizada junto ao marcador.
5.6 Limitações e Aplicações
Este projeto limita-se a demonstrar um simples visualizador para objetos em 3D
alinhados com o mundo real. Para projetos de maior porte o uso da ferramenta
D’Fusion torna-se necessária pela maior robustez, precisão e confiabiliade.
Este protótipo mostra-se como alicerce para projetos onde teremos a necessidade
de acelerar a percepção dos clientes quanto aos resultados do trabalho.

49
CAPÍTULO 6: CONCLUSÕES
Este capítulo aborda as conclusões pertinentes ao uso de RA. Seus pontos fortes, fracos e
possibilidades futuras.
A Realidade Aumentada é uma área de grandes aplicações, mas ainda explorada
timidamente, despertando o interesse mais da comunidade acadêmica do que
propriamente aplicações comerciais, as quais utilizariam seu vasto leque de
aplicações, dentre as limitações encontradas para que seu uso possa ser
amplamente difundido nos deparamos com limitações tecnológicas, necessidade de
maior exploração nas interfaces entre homem e máquina, um maior conhecimento
social sobre a tecnologia e uma maior aceitação do público, bem como um
barateamento da tecnologia.
Nosso trabalho teve como objetivo salientar as possibilidades de aplicações da
tecnologia, que futuramente acredita-se poder despontar como uma tecnologia de
grande valor científico e comercial.
6.1 Resultados Obtidos
Em nosso trabalho procuramos salientar as aplicações de projeto da Realidade
Aumentada, também procuramos demonstrar a utilização da tecnologia e suas
principais características, objetivamos poder demonstrar sua capacidade de
utilização e principalmente demonstrar sua potencialidade como ferramenta,
podendo ser utilizada com bons resultados em inúmeras áreas do conhecimento

50
humano, consideramos os resultados obtidos satisfatórios além do fato ser provado
pela utilização da ferramenta hoje já existentes.
6.2 Perspectivas Futuras.
Com a solução ou customização de todos os processos que tornam a tecnologia
inacessível a alguns usuários acreditamos na difusão e popularização da Realidade
Aumentada, as inúmeras pesquisas e o aumento do interesse da comunidade
científica e acadêmica pode ser considerada como um fator crucial para sua
alavancada, a disseminação do conhecimento também é um fator positivo para
aumento de sua utilização, o qual hoje consideramos tímido e pequeno levando em
consideração sua potencialidade como instrumento científico, podendo ser utilizada
em inúmeras áreas do conhecimento humano.
6.3 Entraves
Devemos porém salientar os impedimentos para a disseminação da tecnologia,
esses impedimentos vão desde de limitação de hardware até limitações
tecnológicas, levando-se em consideração o fato que o conhecimento das
ferramentas não é amplamente difundido, a Realidade Aumentada ainda tem um
longo caminho a percorrer, porém com os avanços tecnológicos atuais alguns dos
problemas clássicos foram amenizados, mas existe ainda um longo processo para
que todos os problemas sejam sanados definitivamente.

51
6.3.1 Problema de Alinhamento ( algoritmo )
Um dos maiores problemas na utilização da tecnologia de RA é o alinhamento,
devemos considerar uma série de possibilidades antes de determinar um padrão, a
dinâmica ou estática do objeto e de câmera por exemplo, ou seja, se os mesmos
encontram-se em movimento ou parados, esse problema limita a difusão da
tecnologia, os objetos do mundo real e virtual devem estar completamente
alinhados, para que a fusão de dados seja o mais próximo da realidade possível,
isso é chamado de registro, é preciso no momento exato do registro capturar com
precisão os movimentos de translação e rotação do objeto definido como seis graus
de liberdade, além disso é necessário diminuir a latência que é a diferença do
momento em que uma ação se inicia até o momento de sua percepção.
Entre os principais tipos de registros existentes, cada um deles apresenta diferentes
vantagens e desvantagens, isso nos leva a aplica-los em casos específicos sendo
necessário uma análise anterior à utilização, existem avanços e melhorias , mas
ainda há necessidade de busca por otimização nos métodos hoje encontrados.
Para resolvermos esse conflito é necessário gerar imagens com a mesma
perspectivas, ao inserir um objeto do mundo virtual ou real é necessário registra-lo
na cena e trazer suas perspectivas para a cena, ao inserir um carro dentro de uma
cena por exemplo é preciso calcula-lo para que o mesmo seja mostrado como se
fosse real, com o mesmo tamanho do mundo real projetado para o ambiente virtual.

52
6.3.2 Poder Computacional
As limitações de Hardware e tecnológicas também afetam causando assim erros
dinâmicos, esses erros podem ser definidos como um atraso na transmissão da
mensagem ou informação, a RA ocorre em tempo real, assim quando ocorrem
problemas no registro dos objetos, a captação da imagem conflita diretamente com
a Captação Visual, obtendo uma saída de informações discrepantes, influenciando
diretamente na otimização dos resultados.
O consumo de recursos do hardware para que a inserção de objetos do ambiente
virtual seja inserida dentro de um contexto real também é demasiado e excessivo,
tornando dispendiosas tais aplicações.
A interface precisa ser aprimorada, para que a informação e interação do usuário
sejam dirigidas de maneira clara, obtendo dessa forma uma coerência de utilização
em tempo real e imersão.
6.3.3 Problema da Oclusão
Vamos tentar entender agora o problema da oclusão, que nada mais é que a
ocultação de partes de objetos reais ou virtuais em cenas 3D, ou seja, responsável
por esconder objetos em partes ou até mesmo o objeto inteiro, o que ocorre
basicamente é que quando olhamos uma cena por perspectivas diferentes, vemos a
cena de diversas maneiras como uma tomada área ou lateral da perspectiva de um
objeto, dessa maneira a oclusão trabalha para que possamos verificar se o objeto
está na frente ou atrás de outro objeto, quando isso não ocorre detalhadamente,

53
podemos inserir um objeto do mundo virtual dentro de um objeto do mundo real, ou
o contrário, gerando assim um conflito na imagem.

54
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utilização de parametrizados. - Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade
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62
ANEXOS
Anexo A ARtoolkit
Introdução
O ARTOOLKIT é uma biblioteca para aplicações de Realidade Aumentada, o
programa é um software livre para aplicações não comerciais (Hirokazu Kato, Mark
Billinghurst, Ivan Poupyrev), seguindo os termos do GNU (General Public License), o
objeto do GNU (http://www.gnu.org/home.pt.html) é criar softwares livres, que qualquer
qualquer pessoa teria o direito de usar e distribuir, isso é claro independente de
Sistema Operacional.
ARTOOLKIT é uma biblioteca da Linguagem C, seu objetivo é facilitar o
desenvolvimento de aplicações de Realidade Aumentada, uma das maiores
dificuldades em se desenvolver esse tipo de aplicação é calcular o ponto de vista do
usuário, o ponto de vista nada mais é do que a perspectiva em que se enxerga a
realidade ao observarmos um mundo Virtual, deve-se alinhar os objetos do mundo
virtual e do mundo real o mais próximo da realidade possível, para que o efeito seja
o mais promissor possível, para isso é necessário se alinhar os objetos e registra-
los, de maneira que os mesmo sejam calculados em suas perspectivas, isso é claro
em tempo real (Hirokazu Kato, Mark Billinghurst, Ivan Poupyrev).
ARTOOLKIT usa técnicas de visão computacional, ele faz o registro dos objetos, que
nada mais são do que um padrão de reconhecimento, ao reconhecer um objeto pelo
seu padrão ele insere imagens virtuais dentro do contexto visual,( Hirokazu Kato,
Mark Billinghurst, Ivan Poupyrev) isso pode ser feito com o uso de uma câmera

63
(Webcam), o arquivo pode ser baixado na página:
http://sourceforge.net/projects/artoolkit .
O funcionamento do ARTOOLKIT é efetuado da seguinte maneira, como já dito se
utiliza técnicas de visão computacional, a primeira etapa consiste no registro do
objeto, a imagem é visualizada e então convertida em uma imagem binária, baseada
num valor limite de iluminação, na imagem binária então é procurado todos os
objetos quadrados dentro da mesma, se utilizando disso para saber as coordenadas
da perspectiva de inserção do objeto do mundo virtual(Hirokazu Kato, Mark
Billinghurst, Ivan Poupyrev).
Figura – Processo de Captura ( Hirokazu Kato, Mark Billinghurst, Ivan Poupyrev)
O diagrama abaixo explica melhor o funcionamento, mostrando o processo como já
dito anteriormente, pesquisa o padrão, encontra a posição e orientação em 3D,
identifica os quadrados dentro da imagem binária, posiciona e orienta os abjetos e
então insere o objeto dentro do contexto real( Hirokazu Kato, Mark Billinghurst, Ivan
Poupyrev).

64
Figura – Diagrama de processo do funcionamento do ARTOOLKIT
Existem 3 tipos de Displays utilizados para Realidade Aumentada:
Monitor based AR display
Video See-through AR display
Optical See-through AR display
A seguir vamos demonstrar e explicar brevemente cada um deles (Andreas Berre,
Tom Syverinsen, Marten Saiomonsen, Karin Ingvaldsen):

65
Figura - Video See-through (Andreas Berre, Tom Syverinsen, Marten Saiomonsen,
Karin Ingvaldsen)
Nesse tipo de aplicação a informação virtual é recebida na janela dianteira, como
podemos ver o motorista ao mesmo tempo em que dirige o seu carro recebe
informações do tráfego no momento exato, ao receber esse tipo de informação ele
pode tomar suas decisões baseadas nelas, dessa maneira o motorista recebe
informações em tempo real do ambiente que são inseridas virtualmente dentro do
contexto (Andreas Berre, Tom Syverinsen, Marten Saiomonsen, Karin Ingvaldsen).
Figura - Optical See-through (Andreas Berre, Tom Syverinsen, Marten Saiomonsen,
Karin Ingvaldsen)
O funcionamento nesse caso ocorre quase da mesma maneira que o anterior, o
usuário utiliza uma tela em um de seus olhos, dessa maneira ocorre o registro dos
objetos do mundo real e os objetos do mundo virtual são inseridos nela, isso poderia
vir a ser usado em inúmeras aplicações, na simples leitura de um livro, com o
detalhamento de alguns caracteres ou no momento em que um médico irá fazer uma
incisão cirúrgica, o aumento da realidade pode trazer inúmeros benefícios, além de

66
informação extra (Andreas Berre, Tom Syverinsen, Marten Saiomonsen, Karin
Ingvaldsen).
No caso do Monitor based, as imagens são capturadas e inseridas dentro de um
monitor convencional, são alinhadas ao mundo real onde os objetos do mundo
virtual podem ser inseridos, usando-se de uma Webcam por exemplo para captura-
las(Andreas Berre, Tom Syverinsen, Marten Saiomonsen, Karin Ingvaldsen).

67
Referências bibliográficas:
ARToolKit for Dummies – A Reference for the Rest US – Andreas Berre, Tom
Syverinsen, Marten Saiomonsen, Karin Ingvaldsen Disponível : ISA-UMH URL:
http://isa.umh.es/vr2/euron06/doc/labs/ARToolkit_for_Dummies.pdf Consultado
em 28/10/2006.
O Sistema Operacional GNU – (iniciado em 1984 para desenvolver um sistema
operacional completo) Disponível: The Free Software Foundation Disponível
em: http://www.gnu.org/home.pt.html. Consultado em 29/10/2006.
ARToolKit version 2.33 - November 2000 - Hirokazu Kato, Mark Billinghurst,
Ivan Poupyrev, Hiroshima City University Disponível: tinmith AR system URL :
http://www.tinmith.net/wayne/lca2004/ARToolkit/ARToolKit2.33doc.pdf

68
Anexo B VRML
VRML (Virtual Reality Modeling Language) é uma linguagem que modela ambientes
em Terceira dimensão(3d) diretamente no Navegador de internet (Browser) , a
intenção de seus desenvolvedores é que ela se torna-se a linguagem de modelagem
3D padrão para toda rede mundial de computadores(World Wide Web), sua primeira
versão (VRML 1.0) pode ser definida como possuindo um processo interativo
limitado (web3d, 2005).
A linguagem permite hiper-links, ou seja quando clicamos em um objeto dentro da
linguagem VRML o mesmo pode ser projeto para outro objeto ou até mesmo um
.HTML (web3d, 2005).
História
A História do VRML vem de meados do ano de 1994, na primeira conferência do
World Wide Web, a qual foi realizada em Genebra na Suíça, onde foi realizada uma
seção para discutir Relações Virtuais relacionadas ao World Wide Web(web3d,
2005).
Diversos participantes com projetos já em andamento, para ferramentas gráficas
tridimensionais de visualização para interação, concordavam com a necessidade de
se adotar uma ferramenta padrão para esse fim, o intuito era uma linguagem como o
HTML que seria utilizado para representação de mundos virtuais em 3D, muito mais
do que mostra cenas estáticas, permite que o usuário interaja com o ambiente,
isso é claro com a mesma flexibilidade e interatividade, a linguagem então foi
inventada e o grupo começou a trabalhar no que se tornaria a VRML, após isso foi

69
aberta uma lista de discussão e em menos de uma semana a mesma já possuía em
torno de mil membros(web3d, 2005).
A busca por tecnologias existentes girou em cima de diversos candidatos de valor.
Após muita discussão a lista veio a um consenso: o formato aberto dos gráficos da
Silicon Graphics Inc. o inventor do formato de arquivo. O formato da arquivo do
inventor suporta descrições completas dos mundos 3D com objetos poligonais
renderizados, iluminação, materiais, propriedades ambientais e efeitos de realismo.
Um subconjunto com as extensões para suportar o trabalho em rede dá forma à
base do VRML. Gavin Bell da Silicon Graphics Inc. adaptou o formato do arquivo do
inventor para o VRML, O SGI divulgou publicamente que o formato o arquivo estaria
disponível para o uso no mercado aberto, e contribuiu um analisador do formato do
arquivo para domínio público para amarrar o desenvolvimento do visor do
VRML(web3d, 2005).
Conceitos
Como já dito é necessário um visor para exibir o arquivo VRML, citando como
exemplo o Plugin desenvolvido pela Silicon Graphics (http://www.sgi.com/) , o
conceito é simples, a linguagem pode ser editada dentro de um simples bloco de
notas, salvamos com a extensão WRL e se o plugin para o seu navegador estiver
instalado corretamente o objeto irá aparecer no visor.

70
Figura – Visualização do arquivo WRL
Existem outros plugins disponíveis para VRML, como o plugin VRML chamado
CORTONA VRML CLIENT, da empresa Parallelgraphics disponível na página do
fabricante:
http://www.parallelgraphics.com/products/cortona/
Arquivo VRML
O único item obrigatório na edição de um arquivo VRML é o Header, mas para que
sejam desenvolvidos modelos de imagens o arquivo poderá conter quatro tipos
principais de componentes,( Isabel Harb Manssour) isso é claro não é uma regra, os
tipos são:
Header;
Prototypes;
Shapes, Interpolators, Sensors, Scripts;
Routes;

71
O mesmo ainda pode conter outros tipos de componentes como:
Comments;
Nodes;
Fields, field values;
Defined node names;
Used node names;
Vamos analisar o código de nosso primeiro exemplo, onde exibimos o nome “FSA”,
foi necessário apenas informar o header (cabeçalho), Shape (Forma do Objeto),
appearance (aparência do objeto), geometry Text(Tipo do Objeto) ( Isabel Harb
Manssour).
#VRML V2.0 utf8
Shape {
appearance Appearance {
}
geometry Text {
string "FSA"
}
}

72
Seguindo, agora iremos aprimorar nosso primeiro exemplo, adicionando
rotação e cor ao mesmo
Figura – Exemplo rotação e cor
Seguindo com nosso exemplo, agora dispomos de uma Rotação exemplificada no
código como “rotation” e aparência de nosso objeto agora possui cor, exemplificado
no código como “diffuseColor”, A primeira linha do arquivo do exemplo anterior
contém o header (cabeçalho), como já dito é obrigatório em qualquer arquivo VRML
e deve também obrigatoriamente constar na primeira linha como mostrado no
exemplo( Isabel Harb Manssour), ele descreve que é um arquivo do tipo VRML, da
versão 2.0 que usa o conjunto de caracteres internacional UTF-8 (8-bit Unicode
Transformation Format) é um tipo de codificação Unicode de comprimento variável,
pode representar qualquer caractere universal padrão do Unicode, sendo também
compatível com o ASCII (http://www.utf-8.com/). Da mesma maneira é possível se
inserir dentro do código comentários que não interferem no resultado final, basta
apenas iniciar uma linha com o caractere “#” , digitando o texto em seguida(
Isabel Harb Manssour).

73
#VRML V2.0 utf8
Transform
{
rotation 1 2 0 0.7
children [
Shape {
appearance Appearance {
material Material
{
diffuseColor 0.1 0.5 0.3
}
}
geometry Text {
string "FSA"
}
}
]
}
É possível a definição de objetos como esferas, cubos, cilindros dentre outros
objetos dentro da linguagem, como também é possível anexá-los dentro de uma

74
única imagem fundindo os mesmo em um tipo de imagem determinada( Isabel Harb
Manssour).
Figura – Geometry Box
#VRML V2.0 utf8
Transform
{
rotation 1 2 0 0.7
children
[
Shape
{
appearance Appearance
{
material Material
{
}

75
}
geometry Box
{
size 1.0 2.0 4.0
}
}
]
}
Figura - Geometry Sphere
#VRML V2.0 utf8
Shape
{
appearance Appearance
{
material Material
{

76
}
}
geometry Sphere {
radius 7.0
}
}
É possível também efetuar a fusão das figuras dentro de um contexto, alterando
suas propriedades de tamanho, assim criando um efeito de sobreposição dos
objetos, formando assim novas figuras, isso é claro uma das formas de se faze-lo,
(Andrea L. Ames, David R. Nadeau, and John L. oreland - 1997)o campo Children
específica uma lista de nós que pode ser incluída no grupo, é possível notar que os
outros objetos herdam características do objeto principal que define inclusive a cor:
Figura – Sobreposição de Imagens
#VRML V2.0 utf8
Group {
children [

77
Shape {
appearance DEF VRML Appearance {
material Material {diffuseColor 0.8 0.8 0.1}
}
geometry Box {
size 10.0 10.0 10.0
}
},
Shape {
appearance USE VRML
geometry Sphere {
radius 7.0
}
},
Shape {
appearance USE VRML
geometry Cylinder {
radius 12.0
height 0.5
}
}
Shape {

78
appearance USE VRML
geometry Cylinder {
radius 8.0
height 4.5
}
}
Shape {
appearance USE VRML
geometry Cylinder {
radius 1.0
height 0.5
}
}
]
}
Apesar de sua potencialidade a linguagem VRML está hoje sendo substituída pela
linguagem X3D (http://www.web3d.org/)

79
Referências bibliográficas:
Andrea L. Ames, David R. Nadeau, and John L. oreland - The VRML 2.0
Sourcebook – 1997 Disponível em:
http://www.wiley.com/legacy/compbooks/vrml2sbk/cover/cover.htm,
Introdução à VRML 2.0 - (Virtual Reality Modeling Language) - Professora
Isabel Harb Manssour - Última alteração em 27 de julho de 2000.
Disponível em: http://www.inf.pucrs.br/~manssour/VRML/index.html
Web 3D Disponível em:
http://www.web3d.org/x3d/specifications/vrml/VRML1.0/index.html#History

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