Realitat augmentada

De Viquipèdia
Dreceres ràpides: navegació, cerca
Exemple d'aparell de realitat augmentada.

La realitat augmentada (RA) és el terme per a definir una visió directa o indirecta d'un entorn físic en el món real, els elements del qual es combinen amb elements virtuals per a la creació d'una realitat mixta a temps real.

Consisteix en un conjunt de dispositius que afegeixen informació virtual a la informació física ja existent. Aquesta és la principal diferència amb la realitat virtual ja que no substitueix la realitat física, sinó que afegeix un entorn fictici (per exemple, dades informàtiques) al món real. Amb l'ajuda de la tecnologia (per exemple, afegint la visió per ordinador i el reconeixement d'objectes) la informació del món real que envolta l'usuari es converteix en interactiva i manipulable. La informació digital sobre l'entorn i els objectes pot ser superposada al món real.

Definició[modifica | modifica el codi]

El 1994 Paul Milgram i Fumio Kishino defineixen la realitat augmentada com una zona intermèdia en un espai fictici i continu que uneix el món real i el món virtual

Milgram's Continuum

Més tard, el 1997 Ronald Azuma va definir el sistema de realitat augmentada com aquell que:

  • Combina elements reals i virtuals.
  • És interactiu en temps real.
  • És capaç de registrar en 3D.

Així doncs, podem entendre la realitat augmentada com a una fusió en temps real del món virtual i el món real. Recentment, el terme realitat augmentada s'ha difós àmpliament a causa del creixent interès del públic en general.

Cronologia[modifica | modifica el codi]

Exemple d'aplicació Realitat augmentada en un smartphone
  • 1962: Morton Heilig, un director de fotografia, crea un simulador de moto anomenat Sensorama amb imatges, so, vibració i olfacte.
  • 1966: Ivan Sutherland inventa la display de cap (HMD) el que suggereix una finestra a un món virtual.
  • 1975: Myron Krueger crea Videoplace que permet als usuaris interaccionar amb objectes virtuals per primera vegada.
  • 1989: Jaron Lanier defineix el terme realitat virtual i crea la primera activitat comercial entorn dels mons virtuals.
  • 1990: Tom Caudell defineix el terme realitat augmentada.
  • 1992: Steven Feiner, Blair MacIntyre i Doree Seligmann primera utilització important d'un sistema de Realitat Augmentada en un prototip, KARMA, presentat en la conferència de la interfície gràfica. Àmpliament citada en la publicació Communications of the ACM l'any següent.
  • 1997: Neix el concepte d'smartphone, instrument que a hores d'ara s'ha convertit en la principal plataforma de realitat augmentada per al gran públic.
  • 1999: Hirokazu Kato desenvolupa ARToolKit per C++ (llibreria open-source per a la creació d'aplicacions de realitat augmentada), que és una de les principals llibreries de desenvolupament d’AR. Anys més tard, s’adaptaria a Java.
  • 2000: Es desenvolupa ARQuake, el primer joc a l'aire lliure amb realitat augmentada per dispositius mòbils. Surt al mercat el primer telèfon mòbil amb càmera incorporada.
  • 2001: Apareixen les primeres aplicacions de realitat augmentada que fan ús del GPS per a detectar la posició del receptor. Les aplicacions van per wifi i són per a dispositius com ordinadors portàtils.
  • 2003: Apareix Mozzies, el primer joc per a telèfons mòbils que fa servir la realitat augmentada.
  • 2004: Es presenta el primer programa per a mòbils capaç de reproduir imatges 3D fent ús de patrons
  • 2006: Apareixen les primeres aplicacions per a mòbils de realitat augmentada que fan servir geolocalització, acceleròmetres, la càmera del dispositiu i la pantalla.
  • 2010: Surt al mercat Invizimals, el primer joc per a una consola que fa ús de la Realitat Augmentada.

Des de mitjans de la primera dècada del segle XXI i a causa sobretot de les millores tecnològiques han anat apareixent noves aplicacions cada vegada amb més qualitat i capacitat de processament i el desenvolupament d'aplicacions de realitat augmentada s'ha anat portant a cada cop a més llenguatges.

Tecnologia[modifica | modifica el codi]

Tot sistema de realitat augmentada consta necessàriament dels 4 blocs següents:


Blocs d'un sistema de Realitat Augmentada

Captura[modifica | modifica el codi]

Una de les tasques més importants en qualsevol sistema de realitat augmentada és la de recollir i capturar l’escena del món real que es desitja augmentar. Generalment es fa servir una càmera de vídeo.

Identificació[modifica | modifica el codi]

Un cop capturada l’escena el procés d’identificació de l’escena consisteix en esbrinar quin escenari físic real es vol augmentar amb informació digital. Aquest procés es duu a terme a través de dues tècniques: utilitzant marcadors o sense utilitzar-los.

Reconeixement per marcadors (Marker Tracking)[modifica | modifica el codi]

Exemple de marcador

Estan basats en el reconeixement dels coneguts “Markers” (marcadors). Aquests marcadors estan basats en formes quadrades o rectangulars amb patrons asimètrics al seu interior. Mitjançant el processat podem col·locar al marcador el nostre objecte i calcular la seva forma calculant la distància.

Habitualment la localització del marcador dins de l’escena captada per la càmera sol tenir un elevat cost computacional. Un cop trobat es procedeix al reconeixement de la seva geometria en l’espai per establir els paràmetres necessaris per la posterior representació de l’objecte virtual.

Reconeixement sense marcadors (Markerless Tracking)[modifica | modifica el codi]

Estan basats en el reconeixement de l’escena. El seu sistema és bastant més complex que el “Marker Tracking” ja que mitjançant el programari ha d’identificar l’objecte en el món real, per exemple: cotxes, cares, mans, etc. D’altres tècniques com la comparació amb imatges poden reduir el cost de procés quan es disposa d’una base de dades per a tal finalitat.

També ens trobem amb casos d’identificació sense marcador en els casos en que aquesta es fa tenint en compte les dades que ens arriben d’altres dispositius com ara GPS o acceleròmetres generalment.

Processat[modifica | modifica el codi]

Després de la captura i identificació de l’escena cal combinar la informació del món real amb la del món virtual. Podem barrejar imatges 3D o 2D amb la realitat. Hem de tenir en compte que aquestes imatges virtuals se superposen a les reals, de manera que no podrem veure què hi ha al darrere a no ser que la superfície de visualitzat sigui translúcida (see-through) o les imatges virtuals puguin transparentar.


Visualització[modifica | modifica el codi]

Realitat augmentada a l'exposició Pantalla Global, del CCCB.

Últim procés del sistema de realitat augmentada, reproducció de l’escena real amb la informació virtual. La representació dels objectes virtuals integrats en l’espai “real” no resulta trivial; depèn d’haver realitzat un correcte reconeixement de l’entorn amb l’anàlisi de la imatge captada, sobretot quan es representen objectes amb volum. Afegint-hi el fet que en les aplicacions per a dispositius mòbils l’enquadrament tendeix a canviar, mínimament en el millor dels casos, la necessitat d’un refresc de la imatge en concordança afegeix un cost computacional afegit als processos anteriors.

Maquinari[modifica | modifica el codi]

Podem distingir 3 grans parts de maquinari en un sistema de realitat augmentada:

  • Dispositiu d’entrada: Un aparell que sigui capaç de captar imatges del món real i digitalitzar-les. A més a més és habitual afegir a les aplicacions de realitat Augmentada la informació provinent d’altres dispositius tals com GPS, giroscopi o l’acceleròmetre que ens ajudin a determinar la posició del dispositiu d’entrada.
  • Processador: És l'encarregat de fer la identificació i el posterior processat de la imatge, així que ha de tenir una bona capacitat de processament i memòria d'accés ràpid per poder treballar amb vídeos.
  • Dispositiu de sortida: Un aparell que sigui capaç de reproduir les imatges on hem fusionat el món real i el món virtual

Fins fa poc era molt difícil ajuntar tot aquest maquinari en una unitat prou petita perquè la RA pogués ser atractiva per al gran públic, però la reducció de les mides i l’augment de càlcul dels diferents dispositius ha fet que avui la RA estigui a l’abast de milions de persones.

Programari[modifica | modifica el codi]

El programari és l’encarregat de fusionar el món real i el món virtual. La seva tasca principal és combinar els píxels que contenen informació del món real amb píxels que contenen informació del món virtual. Però per obtenir fusions coherents d'imatges del món real i imatges virtuals en 3D, les imatges virtuals han d'assignar-se a llocs del món real. Aquest món real doncs ha de ser virtualitzat a partir d'imatges de la càmera i situat en un sistema de coordenades. Aquest procés es denomina registre d'imatges.

El registre d’imatges utilitza diferents mètodes de visió per ordinador relacionats amb el seguiment de vídeo, per determinar la posició del receptor. Hi ha dues maneres de fer-ho, utilitzant una imatge patró (traking code per fer un Marker Tracking) o utilitzant tècniques d’odometria visual que en permetin intentar calcular la posició del receptor respecte el món real (Markerless Tracking).

En el cas del fer servir una imatge patró, el sistema de Realitat Augmentada busca en el vídeo d’entrada una sèrie de punts d’interès que es troben en la imatge patró i que el programari coneix prèviament. Si no disposem d’imatge patró, el sistema farà ús de tècniques de processat de vídeo i d’imatge per detectar punts que ell consideri d’interès i estimar-ne la distància. Hi ha casos en que no fem servir les imatges d’entrada per trobar els punts d’interès, sinó que ens ajudem d’altres dispositius com ara GPS o acceleròmetres per determinar els punts d’interès.

Una vegada tenim detectats els punts d’interès i en coneixem la distància, es genera un sistema de coordenades en 3D que es farà servir per superposar les imatges virtuals al món real.

Desenvolupament de Realitat Augmentada[modifica | modifica el codi]

Hi ha llibreries destinades a fer-nos més fàcil la programació d’aplicacions de Realitat Augmentada que inclouen el codi necessari per fer el registre. La majoria estan basades en el reconeixement de patrons, tot i que també n’hi ha algunes de destinades al Markerless Tracing o al desenvolupament d’aplicacions que facin la identificació mitjançant GPS.

Algunes d’aquestes llibreries a més a més inclouen interfícies gràfiques que ens faciliten molt la programació d’aplicacions de Realitat Augmentada.

Tècniques de visualització[modifica | modifica el codi]

Principalment es podrien dividir en dos grans grups segons el suport on es reprodueix la imatge, o segons com interacciona el dispositiu amb el visualitzador

Segons el suport de la imatge[modifica | modifica el codi]

Pantalla de mescla d’imatges (video-mixed)[modifica | modifica el codi]

Dins d’aquest grup es troben aquells dispositius que presenten el vídeo capturat en temps real per la càmera del dispositiu unit a l’augment virtual en pantalla. D’aquesta manera l’usuari visualitza “el món real” que hi veuria amb la càmera del seu dispositiu mòbil fusionat a la informació digital. Actualment és el sistema que està tenint més repercussió donada la seva fàcil integració als smartphones actuals així com en videoconsoles de vídeojocs d’última generació.

Pantalla òptica transparent (Optical see-through)[modifica | modifica el codi]

Són dispositius en forma de pantalla semi-transparent o visor que afegeixen la informació virtual a l’escena real que estem visualitzant a través del vidre d’aquest dispositiu. A dia d’avui no es troba tant integrat a nivell comercial en la mateix magnitud que els dispositius de mescla d’imatges. Si que ho trobem en aplicacions militars, hologràfiques o professionals concretes. Probablement en el futur veiem desplegada aquesta tècnica a nivell comercial.

Segons la interacció amb l'usuari[modifica | modifica el codi]

Visualtizador al cap[modifica | modifica el codi]

Fins ara, la pantalla instal·lada al cap (Head-Mounted Display, HMD) era la tecnologia dominant pel que feia a sistemes de visualització de realitat augmentada. Aquest dispositiu mostra tant les imatges del món real on ens trobem, com objectes virtuals sobre la vista actual de l'usuari. Els HMD són dispositius òptics que permeten a l'usuari veure el món físic a través de la lent i superposar la informació gràfica en els ulls de l'usuari

Visualitzador de mà[modifica | modifica el codi]

El dispositiu manual amb realitat augmentada conta amb un dispositiu informàtic que incorpora una pantalla que cap a la mà del usuari. Totes les solucions a dia d’avui, empren tècniques de superposició sobre el video amb la informació gràfica.

Inicialment els dispositius de mà empraven sensors de seguiment tals com brúixoles digitals i GPS que afegien marcadors al video.

El display de mà està sent el primer èxit comercial de les tecnologies de Realitat Augmentada. Els seus principals avantatges són el caràcter portàtil dels dispositius de mà i la possibilitat de ser fàcilment implantada en telèfons amb càmera.

Display espacial[modifica | modifica el codi]

La realitat augmentada espacial (SAR) fa ús de projectors digitals per a mostrar informació gràfica sobre els objectes físics. A diferència del què passa amb els visualitzadors de cap o mòbils (la integració del gràfic en l’escena està limitada al camp visual), la reproducció de l’augment virtual en l’entorn físic, integra l’usuari en l’entorn de treball. Degut al fet que la visualització no està associada únicament a un usuari, en permet l’ús a grups, podent-hi interaccionar simultàniament coordinant el treball entre ells. Les Tecnologies SAR tenen diversos avantatges sobre el tradicional display col·locat en el cap i sobre dispositius de mà; l'usuari no està obligat a dur l'equip damunt ni a sotmetre's al desgast de la pantalla davant els ulls. El display espacial no esta limitat per la resolució de la pantalla, que si que afecta als dispositius anteriors. Un sistema de projecció permet incorporar més projectors per a ampliar l'àrea de visualització. Els dispositius portàtils tenen una petita finestra al món per a representar la informació virtual, en canvi en un sistema SAR pots mostrar més superfícies virtuals alhora en un entorn interior. És una eina útil per al disseny, ja que ens permet visualitzar una realitat que és tangible de forma passiva.

A priori els sistemes SAR però, es troben més lluny d’una implantació quotidiana com és el cas dels sistemes de pantalla en mà, donat que requereixen d’un sistema de projectors que òbviament no resulten igual de portables a dia d’avui i les tecnologies que farien això possible (projectors portàtils) no es troben igual d’implantats en el mercat.

Per altra banda si que hi ha múltiples casos d’ús de tecnologies SAR en instal·lacions tecnològico-artístiques que solen il·lustrar futures aplicacions de la realitat augmentada en la nostra societat.

Aplicacions[modifica | modifica el codi]

La realitat augmentada ofereix infinitat de noves possibilitats d'interacció que fan que estigui present en molts i diversos àmbits com són l'arquitectura, l'entreteniment, l'educació, l'art, la medicina o les comunitats virtuals.

  • Projectes educatius: Actualment la majoria d'aplicacions de Realitat Augmentada per a projectes educatius es fan servir en museus, exhibicions, parcs d'atraccions temàtics... ja que el seu cost encara no és prou baix perquè puguin ser emprades en l'àmbit domèstic. Aquests llocs aprofiten les connexions wireless per mostrar informació sobre objectes o llocs, així com imatges virtuals com per exemple ruïnes reconstruïdes o paisatges tal com eren en el passat.
  • Cirurgia: L'aplicació de Realitat Augmentada en operacions permet al cirurgià superposar dades visuals com per exemple termografies o la delimitació de les vores netes d'un tumor, invisibles a primera vista, minimitzant l'impacte de la cirurgia.
  • Entreteniment: La Realitat Augmentada està en ple creixement en el camp delks videojocs ja que aquesta pot aportar noves possibilitats a la manera de jugar. Una de les posades en escena més representatives de la Realitat augmentada és el "Can You See Me Now?", [1] de Blast Theory [2]. Un altre dels projectes amb més èxit és el ARQuake Project, on es pot jugar al videojoc Quake en exteriors, disparant contra monstres virtuals. Algunes consoles portables actualment ja estan adaptades per poder jugar a jocs que fan servir la realitat augmentada, així com els smartphones.
  • Simulació: Es pot aplicar la realitat augmentada per a simular vols i trajectes terrestres.
  • Serveis d'emergències i militars: En cas d'emergència la Realitat Augmentada pot servir per a mostrar instruccions d'evacuació d'un lloc. En el camp militar, pot mostrar informació de mapes, localització dels enemics...
  • Arquitectura: La Realitat Augmentada és molt útil a l'hora de ressuscitar virtualment edificis històrics destruïts, així com projectes de construcció que encara estan sota plànol.[1]
  • Suport en tasques complexes: tasques complexes, com el muntatge i manteniment d'un cotxe, poden simplificar-se mitjançant la inserció d'informació addicional en el camp de visió. Per exemple, per a un mecànic que està realitzant el manteniment d'un sistema, les etiquetes poden mostrar les parts del mateix per a aclarir el seu funcionament. La realitat augmentada pot incloure imatges dels objectes ocults.
  • Els dispositius de navegació: Pot augmentar l'eficàcia dels dispositius de navegació per a una varietat d'aplicacions. Per exemple, la navegació dintre d'un edifici pot ser millorada amb la finalitat de donar suport a l'encarregat del manteniment d'instal·lacions industrials.
  • Aplicacions industrials: La realitat augmentada pot ser utilitzada per a comparar les dades digitals de les maquetes físiques amb el seu referent real per a trobar de manera eficient discrepàncies entre les dues fonts. A més, es poden emprar per a salvaguardar les dades digitals en combinació amb prototips reals existents, i així estalviar o reduir al mínim la construcció de prototips reals i millorar la qualitat del producte final.
  • Prospecció: En els camps de la hidrologia, l'ecologia i la geologia, la realitat augmentada pot ser utilitzada per mostrar una anàlisi interactiva de les característiques del terreny. L'usuari pot utilitzar, modificar i analitzar, tres mapes bidimensionals interactius.
  • Col·laboració: La realitat augmentada pot ajudar a facilitar la col·laboració entre els membres d'un equip a través de conferències amb els participants reals i virtuals.
  • Publicitat: Una de les ultimes aplicacions de la realitat augmentada és la publicitat. Hi ha diferents campanyes que utilitzen aquest recurs per a cridar l’atenció de l'usuari. En retransmissions d’esdeveniments en directe es pot fer servir la RA per mostrar publicitat al fons de la imatge. També Es poden incrustar anuncis en codis QR i fer servir el mateix codi com a marcador per projectar el model 3D entre d’altres. L’espectacularitat de la realitat augmentada la fa un component molt atractiu per a la publicitat en un futur no gens llunyà.
  • Control d’automòbils: Alguns cotxes de gamma alta o alguns models d’avions projecten informació del vehicle o dels dispositius de navegació entre d’altres al vidre, davant del pilot. Hi ha avions de combat els cascs dels quals projecten la informació a la visera del mateix.
  • Retransmissions esportives: la Realitat Augmentada ens pot donar informacions diverses, com el fora de joc o els escuts en el camp de cada equip en un partit de futbol o les diferents línies de down en el futbol americà.
  • Traducció instantània de contingut: traducció a l’idioma que es desitgi de cartells, pòsters, rètols, anuncis, advertències, etc.


Aplicacions futures[modifica | modifica el codi]

La investigació en el camp de la RA explora l'aplicació d'imatges generades per ordinador a vídeo en temps real com una forma d’ampliar la percepció que tenim del món real. La investigació inclou l'ús de pantalles col·locades en el cap (head-mounted display, HMD), un monitor virtual de retina per a millorar la visualització[3], i la construcció d'ambients controlats a partir de sensors.

És molt important determinar la orientació i posició exacta de l'usuari, sobretot en les aplicacions que així ho requereixin: un dels reptes més important que es té a l'hora de desenvolupa projectes de Realitat Augmentada és que els elements visuals estiguin coordinats a la perfecció amb els objectes reals, ja que un petit error d'orientació pot provocar un desajust perceptible entre els objectes virtuals i físics. En zones molt àmplies els sensors d'orientació usen magnetòmetres, inclinòmetres, sensors inercials... que poden veure's afectats greument per camps magnètics, i per tant s'ha d'intentar reduir al màxim aquest efecte. Seria interessant que una aplicació de Realitat Augmentada pogués localitzar elements naturals (com arbres o roques) que no haguessin estat catalogats prèviament, sense que el sistema hagués de tenir un coneixement previ del territori.

Com repte a llarg termini és possible suggerir el disseny d'aplicacions en els quals la realitat augmentada anés una mica més enllà, el que podem cridar "realitat augmentada retroalimentada", això és, que l'error de posició/orientació sigui corregit amidant les desviacions entre les mesures dels sensors i les del món real.

En el futur podríem trobar aplicacions d'aquest estil:

  • Aplicacions de multimèdia millorades, com pseudo pantalles hologràfiques virtuals, so evolupant virtual de cinema, "holodecks" virtuals (que permeten imatges generades per ordinador per a interaccionar amb artistes en viu i l'audiència).
  • Conferències virtuals en estil "holodeck".
  • Dispositius: Crear noves aplicacions que resulten físicament impossibles en dispositius “reals”, com objectes 3D els quals canvien d’aspecte interactivament segons la tasca o la necessitat del moment.
  • Simulació multipantalla: Visionat de múltiples finestres d’aplicacions com a monitors virtuals en un espai real i intercanviar entre elles amb gestos i/o redireccionant el cap i els ulls. Un simple parell d’ulleres podria voltar l’usuari de finestres d’aplicacions.
  • Entorns virtuals: Plantes virtuals, fons d'escriptori, vistes panoràmiques, obres d'art, decoració, il·luminació. Una sensació agradable pel benestar.
  • Dispositius virtuals integrats en pantalles on a través de la interacció de l’usuari es triï el contingut a visualitzar.

Llibres[modifica | modifica el codi]

  • Woodrow Barfield, i Thomas Caudell, eds. Fonaments d'Informàtica usable i Realitat Augmentada. Mahwah, NJ: Lawrence Erlbaum, 2001. *ISBN 0-8058-2901-6
  • . Oliver Bimber i Ramesh Raskar. Realitat Augmentada espacial: Real Fusió i els mons virtuals. AK Peters, 2005. ISBN 1-56881-230-2
  • . Michael Haller, Mark Billinghurst i Bruce Thomas. Tecnologies Emergents de la Realitat Augmentada: Interfícies i Disseny. Idea Group Publishing, 2006. ISBN 1-59904-066-2, editor de revesteixis
  • Rolf R. Hainich. "La fi de Maquinari: Un nou enfocament a la realitat augmentada", 2 ª ed.: *Booksurge, 2006. ISBN 1-4196-5218-4 . 3 ª ed. ( "Realitat Augmentada i més enllà"): *Booksurge, 2009, ISBN 1-4392-3602-X.
  • Stephen Cawood i Mark Fiala. "Realitat Augmentada: A *Practical Guide", 2008, ISBN 1-934356-03-4.

Referències[modifica | modifica el codi]

  1. César Carreras Monfort; Munilla Cabrillana, Gloria. Patrimoni digital: un nou mitjà al servei de les institucions culturals. Editorial UOC, 2007. ISBN 9788497885737 [Consulta: 7 abril 2011]. 

Enllaços externs[modifica | modifica el codi]

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Realitat augmentada Modifica l'enllaç a Wikidata